BancilaCiprianMarius-Cuptoare Cu Flacara OK

STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE INDUSTRIALE CU FLACARA

Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV SCOALA DOCTORALA INTERDISCIPLINARA

DEPARTAMENTUL DE CERCETARE: ECO-TEHNOLOGII AVANSATE DE SUDARE

Ing. CIPRIAN MARIUS BANCILA

STUDII ŞI CERCETĂRI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE

DE CUPTOARELE INDUSTRIALE CU FLACĂRĂ

STUDIES AND RESEARCHES ON REDUCING EMISSIONS FROM INDUSTRIAL FURNACES WITH FLAME

Rezumatul tezei de doctorat Summary of PhD Thesis

CONDUCATOR STIINTIFIC: Prof. univ. dr. ing. MACHEDON PISU TEODOR

2011



2

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-0268-413000, FAX 0040-0268-410525

RECTORAT D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov Nr. 4923 din .04.11.2011

PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Virgil GEAMAN

PRODECAN-Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

Universitatea “Transilvania” din Braşov CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON PISU

Universitatea “Transilvania” din Braşov REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Corneliu MUNTEANU

Universitatea Tehnică “Gh.Asachi ” din Iaşi

Prof. univ. dr. ing. Ion CIUCA Universitatea „Politehnica” din Bucuresti

Prof. univ. dr. ing. Mircea Horia TIEREAN Universitatea “Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 22.12.2011,ora 12:00, sala I I 6. Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa: [email protected] Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.



3

CUPRINS

Pag. CAPITOLUL I INTRODUCERE, POLUAREA SI PROTECTIA MEDIULUI

6(5)

CAPITOLUL II

STADIUL ACTUAL PRIVIND NOXELE GENERATE DE CUPTOARELE INDUSTRIALE CU FLACARA

7(10)

2.1 Procese industriale generatoare de noxe in cuptoarele industriale cu flacara 7(10) 2.1.1 Estimarea emisiilor provenite de la sursa 7(10) 2.1.2 Emisiile si valorile limita, determinarea emsiilor de noxe 7(15) 2.1.2.1. Metoda de calcul a emsiilor 7(17) 2.1.3 Impactul asupra mediului inconjurator (19) 2.2. Procesele de formare a oxizilor de azot 8(21) 2.2.1 Mecanisme de formare a oxizilor de azot 8(21) 2.2.2 Mecanismul termic de formare a oxizilor de azot 8(22) 2.3 Limitarea formarii oxizilor de azot in timpul arderii 9(24) 2.3.1 Principii 9(24) 2.3.2 Tehnologii aplicate in practica de limitare a formarii oxizilor de azot in timpul ardeii

9(24)

2.3.3 Reducerea oxizilor de azot formati 9(26) 2.3.3.1 Reducatorii 9(27) 2.3.3.2 Reducerea selectiva necatalitica CNCR 9(27) 2.3.3.3 Reducerea selectiva catalitica SCR 10(28) 2.3.3.4 Reducerea prin recombustie 10(29) 2.3.3.5 Masuri primare pentru diminuarea producerii de NOx 10(29) 2.3.3.6 Masuri secundare pt diminuarea producerii de Nox (29) 2.4 Fenomene secundare induse de procesele de reducere a oxizilor de azot 10(31) 2.4.1. Reducerea emisiilor de oxizi de sulf 10(32) 2.4.2 Procedee pentru desulfurarea gazelor arse 11(33) 2.5 Masuri tehnologice referitoare la reducerea CO 2 in metalurgia feroasa 11(39) 2.5.1 Injectia de carbune pulverizat si deseuri de plastic, in cuptoarele de topire 11(39) 2.5.2 Recuperarea energiei provenite de la gaze in instaltiile de sinteza 12(40) 2.5.3 Energia recuperata obtinuta de la cuptoarele de topire si de la cuptoarele de insuflare cu oxigen

12(40)

2.5.4 Adoptarea procedurii de turnare progresiva 12(41) 2.5.5 Producerea eficienta la temperatura josa ( recuperarea caldurii primite din procesele cu temperaturi ridicate )

12(41)

2.5.6 Preincalzirea zgurii la cuptoarele cu arc electric 12(42) 2.5.7 Injectii cu oxigen si combustibil cu arc electric 12(42) 2.6 Concluzii 12(43)



4

CAPITOLUL III METODOLOGIA DE CERCETARE PRIVIND FUNCŢIONAREA CUPTOARELOR CU FLACARA 3.1 Metodologie de cercetare

13(45) 13(45)

CAPITOLUL IV METODE DE MASURARE A GAZELOR REZULTATE ÎN URMA ARDERII COMBUSTIBILILOR 4.1. Metode de măsurare a emisiilor

14(48)

14(48)

4.2. Determinarea concentraţiei de NOx (54) 4.2.1. Ionizarea in flacara (56) 4.2.2. Conductometria (58) 4.2.3. Coulombmetria (59) 4.2.4. Potenţiometria (60) 4.2.5. Cromatografia cu gaz (61) 4.3. Determinarea funinginii din gazele arse (63) 4.4. Concluzii 15(63)

CAPITOLUL V 5. CONTROLUL ARDERII COMBUSTIBILILOR GAZOSI SI SOLIZI

5.1. Combustibili gazoşi

15(64) 15(65)

5.2. Caracteristici energetice ale combustibililor gazoşi 5.2.1. Densitatea

15(65) 15(65)

5.2.2. Puterea calorifica inferioara 15(66) 5.2.3. Căldura volumica 15(67) 5.2.4. Temperatura de autoaprindere 15(67) 5.3 Combustibili solizi 5.3.1. Caracterisiticile principale ale combustibililor 5.3.2 Analiza preliminara

16(68) 16(68) (70)

5.3.3. Analiza elementara (sau finala) (70) 5.3.4. Puterea calorică a combustibililor solizi (73) 5.4. Calculul şi controlul arderii combustibililor 5.4.1. Bilanţul material şi energetic al instalaţiilor de ardere

16(78) 16(78)

5.4.2. Calculul componentelor procesului de ardere la proiectare (80) 5.5. Concluzii 17(81)

CAPITOLUL VI 6. CONTRIBUTII SI CERCETARI PRIVIND REDUCEREA NOXELOR

LA CUPTOARELE DE INCALZIRE CE FOLOSESC ARZATOARE CU COMBUSTIBIL SOLID

6.1 Arzatorul de combustie

17(82)

17(82) 6.2. Reducerea N 2 O cu carbon solid, mecanisme de reactie 18(90) 6.2.1. Mecanisme globale 18(91) 6.2.2. Mecanisme detaliate 19(91) 6.2.3. Parametrii cineticii de reacţie 19(91) 6.2.4. Efectele proprietăţilor cărbunelui asupra reactivitatii

20(94)



5

6.2.4.1. Efectul rangului cărbune şi condiţiile de piroliza (94) 6.2.4.2 Influenţa de preparare termică a reziduurilor de carbon asupra reactivităţii (95) 6.2.4.3. Influenţa suprafetei specifice (96) 6.2.4.4 Influenţă catalitică a materiilor minerale (97) 6.2.5. Efectul prezenţei altor gaze asupra reactivităţii (99) 6.2.6. Reducerea de N2O de carbon solid (99) 6.3. Efectul de oxizi de sulf, de azot 20(99) 6.4. Contribuţia unor mecanisme diferite în formarea şi distrugerea de NO 6.4.1 . Analiza procesului de ardere

21(104) 21(104)

6.5. Analiza chimica a speciilor de azot 23(106) 6.5.1. Producţia de NO în faza gazoasa omogenă 23(107) 6.5.2. Producerea şi reducerea NO în faza eterogena 24(108) 6.5.3. Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO 25(110)6.6 Folosirea apei sub presiune pentru reducerea noxelor NOx 27(112)6.7 Utilizarea ureei pentru diminuarea noxelor 30(120)6.8 Elemente de proiectarea instalatiei de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru cuptorul cu flacara de la Lafarge Hoghiz Romania cu Sistem de reducere noncatalitica selectiva a oxizilor de azot

32(123)

6.8.1 Elemente de proiectare a instalatiei 32(123)6.8.2. Principiul de functionare al instalatiei 32(124)6.8.3 Componentele sistemului NOx Out 33(125)6.8.4 Sistem de monitorizare continua a emisiilor 6.8.4.1. Informatii generale

34(134) (134)

6.8.4.2. Descrierea tehnica a echipamentelor (135) .6.8.5. Rezultate experimentale in sistemul instalat in cadrul SC Lafarge Hoghiz 34(141)6.9 Concluzii 37(158)

CAPITOLUL VII 7. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII

DE CERCETARE 7.1. Concluzii finale

40(161)

40(161)

7.2. Contribuţii personale 44(167)7.3 Direcţii de cercetare 46(169)Lista lucrarilor stiintifice publicate si sustinute 46 Bibliografie selectiva 47(170)Rezumat 50 CV 51(180)Lista lucrarilor 53



6

CAPITOLUL I

INTRODUCERE, POLUAREA SI PROTECTIA MEDIULUI

Ca urmare a creşterii economice generale, progreselor obţinute în toate domeniile vieţii economice şi sociale, omul a ajuns astăzi să dispună de mijloace tehnice atât de perfecţionate, încât consumă cantităţi imense de resurse naturale regenerabile şi neregenerabile, exploatând tot mai intens factorii de mediu şi modificând natura într-un ritm rapid. Neimpunând însă asupra acţiunilor sale un control adecvat şi conştient, omul lasă cale liberă dezlănţuirii unor dezechilibre economice, cu efecte negative asupra calităţii vieţii sale cât şi asupra evoluţiei biosferei.

Societatea contemporana este caracterizata de cresterea economica bazata in cea mai mare parte pe resurse energetice neregenerabile si pe relatii care au ca scop profitul imediat.Din activitatile industriale rezulta reziduuri care se acumuleaza in cantitati mari, astfel incat acestea nu se mai integreaza in natura si provoaca alterarea factorilor de mediu. Dincolo de un anumit prag , aceste fenomene nu mai pot fi compensate de procesele naturale de absorbtie, transformarile devenind ireversibile .

Cauzele poluarii sunt reprezentate de activitatile de productie si consum ale societatii omenesti.

Estimarea emisilor este o statistica a ratelor la care poluantii sunt emisi din procesele de ardere sau din procesarea cantitatilor de material date.

Datorita caracterului limitat al resurselor provenite din mediu, dar si faptului ca fara existenta sa dezvoltarea omenirii nu ar fi posibila, mediul trebuie utilizat in cadrul proceselor productive in conditii de maxima eficacitate si eficienta, excluzand la maximum risipa si mai ales prevenind degradarea sau ceea ce este mai grav distrugerea iremediabila a unor componente ale acestuia.

Prezenta teza urmareste diminuraea si inlaturarea noxelor produse prin arderea combustibililuo la cuptoarele industriale cu flacara, utilizand diferite substante chimice in focare, prin utilizarea unor arzatoare si injectoare specializate.

O prima directie a cercetarilor a constat in folosirea apei sub presiune pentru reducerea noxelor NOx, iar o alta directie a constat in utilizarea ureei.

Activitatea de cercetare s-a desfasurat in cadrul societatii Lafarge Ciment Romania – sectia Hoghiz, cu aplicatie pe cuptoarele cu flacara la fabricarea cimentului.

Cercetarea intreprinsa a rezolvat problemele propuse cu valorificarea la maxim a ansamblului de date experimentale si reducerea la minim a erorilor de masurare.



7

CAPITOLUL II

STADIUL ACTUAL PRIVIND NOXELE GENERATE DE CUPTOARELE INDUSTRIALE CU FLACARA

2. 1 Procese industriale generatoare de noxe in cuptoarele industriale cu flacara

Cele mai multe emisii de CO2 si N2O produse de intreprinderile industriale se datoreaza proceselor de combustie. Astfel, ca activitatile care provoaca aparitia acestor agenti poluanti in combinatele mari sunt: • Procesul de aglomerare din sinterizare, deoarece este necesara o mare cantitate de energie pentru topirea materialelor. • Incalzirea camerelor bateriilor de cocs. • Procesul de cocsificare. • Productia de fonta bruta in cuptoarele de topire. • Procesul de producere a otelului din fonta bruta in otelarii pe baza oxigenului. • Cuptoarele cu flacara reprezinta sursa celor mai multe emisii de CO si N2O urmate de bateriile de cocsificare , instalatiile de sinterizare si de cuptoarele ce utilizeaza oxigenul.

2.1.1 Estimarea emisiilor provenite de la surse Factorii de emisie sunt acceptati în operatiile de procesare, operare si ardere, ele depind de calitatea materialului folosit si de eficienta controlului poluarii aerului.

2.1.2 Emisiile si valorile limita, determinarea emisiilor de noxe Emisiile de noxe se exprimă uzual în concetraţia masică Cm(mg/m3 sau mg/m3N) şi în

concentraţie volumică Cv(ppm). Cea mai mare parte a sulfului existent în combustibil (peste 95%) se transformă în SO2 iar

restul de circa 5% în SO3. Conţinutul de emisii de sulf exprimate în SO2 depinde de procentul de sulf din combustibil şi de consumul de combustibil al instalaţiei de ardere.

Oxizii de azot rezultaţi în gazele arse provin în principal din azotul din aerul necesar arderii. Pentru instalaţiile de ardere, care funcţionează cu combustibili lichizi sau gazoşi debitul de NOx depinde atât de natura combustibilului utilizat cât şi de natura arzătorului, modul de injectare a gazelor recirculate etc. 2.1.2.1. Metoda de calcul a emisiilor

Metodologia a fost elaborată de Divizia de Strategie şi Dezvoltare Economică (DSDE) a Companiei Naţionale de Electricitate din România (CONEL) în concordanţă cu standardele în vigoare şi se aplică atât în cazul unităţilor proprii cât şi pentru alte societăţi . Determinarea corectă a emisiilor de poluanţi se face pe baza măsurătorilor cu aparatură specializată. Pentru postevaluări pe diferite perioade de timp, cât şi pentru întocmirea rapoartelor statistice, pentru verificări ale încadrării în norme precum şi pentru elaborarea de prognoze, evaluarea emisiilor se poate face şi pe bază de calcul.

Oxizii de azot sunt consideraţi a avea un impact important asupra mediului înconjurător: contribuie la formarea de ploi acide, care au efecte asupra ecosistemelor; participă la poluarea



8

fotochimică şi la formarea de ozon troposferic; favorizează bolile pulmonare şi efect ilariant (protoxidul de azot). Din aceste cauze, emisiile de oxizi de azot, sunt reglementate strict.

2.2. Procesele de formare a oxizilor de azot Spre deosebire de oxizii de sulf care sunt în mod intrinsec legaţi de conţinutul în sulf al

combustibilului utilizat, cantitatea de oxizi de azot generată în timpul arderilor, desi depinde într-o oarecare măsură de tipul de combustibil folosit, depinde în acelaşi timp de condiţiile în care are loc arderea.

2.2.1. Mecanisme de formare a oxizilor de azot Pe parcursul arderii combustibililor se formează în special monoxidul de azot (NO) iar

dioxidul de azot reprezintă circa 5% din totalul oxizilor de azot formaţi şi cunoscuţi sub denumirea de oxizi de azot (NOx). Emisia de oxizi de azot (NOx) se exprimă în dioxid de azot (NO2), deoarece, deşi în focar se formează cu precădere monoxidul de azot (NO) până la evacuarea în atmosferă acesta se transformă în dioxid de azot.

Principalii factori care influenţează mecanismele de formare a monoxidului de azot în focar sunt: parametrii de ardere si proprietăţile combustibilului (puterea calorifică, conţinutul de azot din combustibil şi conţinutul de materii volatile).

2.2.2. Mecanismul termic de formare a oxizilor de azot Mecanismul termic se datorează reacţiei azotului molecular cu oxigenul molecular. În tab. 2.10 sunt prezentate constantele vitezelor de reacţie şi energiile de activare pentru

reacţiile mecanismului termic de formare a monoxidului de azot [69]. Tabelul 2.10. Constantele vitezelor de reacţie şi energiile de activare principalele reacţii de formare a NO termic.

Reacţia Constanta vitezei de reacţie

RNO cm3/mol·s

Energia de activare E KJ/mol

Temperatura T K

N2+O→NO+N 7,6·107·exp(-E/RT) 316 2000÷5000 N+NO→N2+O 1,6·107 ≈0 300÷5000 N+O2→NO+O 6,4·103·exp(–E/RT) 26 300÷300 O+NO→O2+N l,5·103t·exp(–E/RT) 126 1000÷3000 N+OH→NO+H 1,32·108 0 300÷2500 NO+H→N+OH 2·108·exp(–E/RT) 200 2200÷4500

Figura .2.2. Dependenţa monoxidului de azot termic (exprimat în NO2) funcţie de temperatură şi coeficientul de exces de aer (λ).

1400 1600 1800 2000 3000 Temperatura [0C]

7000

5000

3000

1000

NO

2 3

λ=1,5 λ=1,2 λ=1,05



9

2.3 Limitarea formării oxizilor de azot în timpul arderii

2.3.1 Principii Emisiile de NOx depind de compoziţia şi natura combustibilului, hotarator de condiţiile in care se desfăşoară reactia şi geometria instalaţiei.

Metodele primare principale prin care se controlează sau se reduce producţia de NOx, prin modificarea condiţiilor de combustie, precum şi efectele acestora sunt redate în tab. 2.11 Tabel 2.11. Masuri primare de reducere a NOx [6, 48] Măsura primară Efectul său este asupra Reducerea excesului de aer NOx termic + NOx combustibil Preîncălzirea redusă a aerului NOx termic Reducerea sarcinii NOx termic Arderea în trepte: etajarea arderii combustibilului etajarea aerului arzătoare cu NOx redus

NOx termic + NOx combustibil NOx termic + NOx combustibil NOx termic + NOx combustibil

Proiectarea cazanului: localizarea arzătoarelor strat fluidizat

NOx termic NOx termic

Recircularea gazelor de ardere NOx termic Injecţie de abur / apa / uree NOx termic

2.3.2. Tehnologii aplicate în practica de limitare a formării oxizilor de azot în timpul

arderii Reducerea excesului de aer sub cel necesar sau a temperaturii de preîncalzire a aerului

conduce la reducerea temperaturii din focar şi la reducerea formării NOx. Măsurile de reducere urmăresc realizarea unor arzătoare perfectionate care să conduc la o ardere completă si uniformă, cu un reglaj fin al raportului aer combustibil şi îmbunătătirea amestecului în zona de reactie. Aceasta realizează simultan şi reducerea emisiei de oxizi de carbon.

2.3.3 Reducerea oxizilor de azot formati Dificultatile si limitele metodelor primare, impun, într-un mare numar de cazuri,

recurgerea la tehnici secundare de reducere a oxizilor de azot (NOx) în avalul arderii, prin procedee post-combustie.

2.3.3.1 . Reducatorii Reducerea selectiva, chiar daca este catalitica sau necatalitica, are loc prin injectarea unui produs chimic ce permite eliberarea unui radical NH2, care ataca moleculele de NO si NO2. Ca reducatori, în mod special, sunt întrebuintati: amoniacul, NH3; ureea, CO(NH2)2; acidul izocianuric, (HOCN)3.

2.3.3.2. Reducerea selectiva necatalitica – SNCR Reducerea selectiva necatalitica se produce într-o fereastra de temperatura care se

situeaza între 850 0 si 1000 0 C. Din punct de vedere al procesului de reducere, aceasta fereastra este relativ îngusta.



10

2.3.3.3 Reducerea selectiva catalitica – SCR Principiul reducerii de oxizi de azot cu tehnica SCR este similar cu cel cu tehnica SNCR,

cu exceptia (dar acest lucru nu este un amanunt nesemnificativ) faptului ca reducerea se face în acest caz la o temperatura joasa, ceea ce ar duce la o reactie extrem de lunga sau la imposibilitatea realizarii acesteea, daca nu s-ar petrece în prezenţa unui catalizator. Reacţiile de denoxare (denitrare) sunt exoterme, ceea ce conduce la o usoară crestere a temperaturii catalizatorului.

2.3.3.5 Măsuri primare pentru diminuarea producerii de NOx Oxizii de azot (NOx) se formează în gazele arse în principal datorită a doi factori

temperatura şi excesul de oxigen în zona de ardere, o mai mică influenţă are calitatea combustibilului prin conţinutul de azot din acesta. Măsurile primare de reducere a oxizilor de azot urmăresc scăderea simultană în zona de ardere atât a temperaturii cât şi a coeficientului excesului de aer, coeficientul de exces de aer putând fi scăzut chiar până la valori subunitare.

2.4. Fenomene secundare induse de procedeele de reducere a oxizilor de azot Aplicarea procedeelor secundare de reducere a oxizilor de azot sunt limitate de apariţia

unor fenomene nedorite. Efectele nocive ale poluantilor sunt prezentate in tabelele 2.14 si 2.15 Tabelul 2.14 Efectele nocive ale anhidridei sulfuroase (SO3) în aer la diferite concentraţii.

Concentraţia [ppm] 1ppm=1cm3 produs

poluant/m3 aer Efect fiziologic Observaţii

1 2 3

0,3÷1,0 Se simte prin miros Concentraţii tolerabile în ateliere şi secţii de lucru

1,0÷10 Iritarea nasului şi ochilor Posibilităţi de suportare, scăzând până la o oră cu creşterea concentraţiei spre 10 ppm

1 0÷100 Iritarea accentuată a nasului mai accentuat ca sus

150÷650 Atacă aparatul respirator ½÷1 oră de expunere poate pune viaţa în pericol funcţie de rezistenta fiecărui subiect

10.000 sau 1% Paralizie respiratorie progresivă

Iritarea părţilor umede ale pielii ce apare după câteva minute, concentraţie mortală

Tabelul 2.15 Efectele altor poluanţi asupra omului.

Poluantul Concentraţia [ppm] Efectul

200 Suportabil o oră 5÷15 Suportabil 8 ore 2÷5 Prag perceptibil după miros SO2

0,1÷0,2 Concentraţie maximă pentru şedere permanentă 1500 Moarte rapidă 150 Tulburări după 2÷3 ore 20 Tulburări după 8 ore H2SO4

2 Concentraţie suportabilă pentru şedere permanentă



11

2000 Simptome grave după o oră 100 Tulburări după 8 ore CO 20 Suportabil pentru şedere permanentă

CO2 5000 Tulburări după 8 ore 4000 Mortal după ½ ore 100 Tulburări după 8 ore NH3 26 Sesizabil olfactiv

Hidrocarburi 500 Tulburări după 8 ore

2.4.2. Procedee pentru desulfurarea gazelor arse

În fig. 2.8 este redată schematic clasificarea procedeelor de desulfurare a gazelor arse, precizându-se şi aditivul folosit.

2.5 Masuri tehnologice referitoare la reducerea CO2, in metalurgia feroasa Măsurile au fost preluate din studiul „Analiza de jos in sus”( Evaluarea economica a reducerii emisiilor in sectorul industrial din UE) şi completate cu date din „Industria siderurgica” - BREF. Aceste măsuri de reducere se concentreaza in principal asupra unei mai bune exploatari a surselor de energie, care va determina o reducere a GEG, in special a CO2. 2.5.1 Injecţia de cărbune pulverizat si deşeuri de plastic, in cuptoarele de topire Injectarea de combustibil, in special de carbune pulverizat, in cuptoarele de topire pentru a inlocui o parte din cocs a devenit o practica uzuala in multe tari. Injectia de cărbune reprezintă o cale de a salva energie în productia de cocs. Sunt necesare în jur de 1,08 tone per tona de cocs înlocuit.

Desulfurarea gazelor se realizează prin

Procedeul semiuscat(cvasiuscat)

Procedeul umed Procedeul uscat

Calciu

Alcalin dublu

Amoniac

Procedeu cu regenerare termica

Uscarea substanţei pulverizate

Calcar

Sodă

Alţiabsorbanţi

Adsorbţie încocs activ

Adsorbţieprin dioxid de

cupru

Adsorbţieprin nahcolite sau

trona



12

2.5.2 Recuperarea energiei provenite de la gaze in instalatiile de sinteză Energia recuperată poate fi utilizată pentru a preincălzi materia primă iar aerul de la combustie pentru a produce abur.

2.5.5 Producerea eficientă de caldură la temperatura joasă (recuperarea căldurii primite din procesele cu temperaturi ridicate)

Uzinele siderurgice mari desfasoară un mare număr de activităţi la temperaturi inalte. Există tehnici de recuperare a căldurii: Călirea uscată a cocsului Recuperarea căldurii de la arzătoarele din cuptoarele de topire Imbunătăţirea combustiei prin duze de injecţie mai bune. Recuperarea căldurii de la zgură Arzătoarele recuperatoare din cuptoarele cu supra-incălzire Eliminarea combustiei în cuptoarele cu oxigen

2.6. Concluzii Folosirea arzătoarelor cu “Nivel scazut al NOx” permite micşorarea temperaturilor de vârf, reducând concentraţia de oxigen in zona combustiei primare şi micsorând timpul de rezistanţă la temperatură ridicată, acestea ducând la diminuarea NOx. Arzătoarele cunoscute ca “ Nivel ultra-scazut al NOx” ajută la recircularea gazelor scăpate din sistem, facând posibile reduceri şi mai mari. Arzatoarele “Nivel scazut al NOx” pot conduce la reducerea emisiilor de NOx de la 40 la 60% pentru combustibili gazosi şi de la 30 la 50% pentru combustibili lichizi. Arzatoarele “Nivel ultra-scazut al NOx” pot realiza reduceri de 60 - 75%.

Gazele din scapari pot fi recirculate spre cazane şi incalzitoare pentru a mari efectul de diluare şi a reduce astfel temperatura arderii. Se pot adauga diluanti inerti in instalatiile de combustie, ca de exemplu abur, apa sau azot, pentru a reduce temperatura flacarii şi, in consecinta, concentratia de NOx din gazele din scapari.

Introducerea treptata a combustibilului in arzator este cunoscuta sub numele de re-ardere şi are la baza crearea unor zone diferite in cuptor injectand treptat combustibil si aer. Scopul este de a reduce emisiile de NOx, care capata forma originala a azotului.

Reductia selectiva non-catalitica reduce cantitatea de NOx formata in timpul procesului de combustie.

Acest proces non-catalitic utilizeaza amoniacul sau urea pentru a reduce NOx la azot şi apa. Prin reductia selectiva catalitica amoniacul gazos este mixat cu gazele din scapari şi mixtura

este filtrata printr-un convertizor catalitic pentru ca reactia sa fie completa. Spalarea noxelor se aplica gazelor din scapari o anumita substanta care oxideaza NO in NO2 şi

care este absorbita impreuna cu SO2 in “turnul de spalat gaze”. Reactia chimica pentru absorbtia NO2 este:

Procedeul SNCR permite realizarea unui grad suficient de denoxare a gazelor arse în conformitate cu normele de protecţie a mediului înconjurător existente în prezent.

Deşi prin procedeul SNCR se obţine un grad mai mic de denoxare faţă de procedeul SCR, acest dezavantaj este compensat de cheltuielile de investiţie de circa 4 până la 6 ori mai mici la procedeul SNCR faţă de procedeul SCR şi acolo unde denoxarea se înscrie în normele de protecţie este preferabil aplicarea procedeului SNCR.



13

Aplicarea procedeului SNCR presupune instalaţii mai simple şi spaţiu pentru amplasarea lor mai redus. Pentru utilajele termice de dimensiuni mici şi mijlocii, existente în România, se apreciază că se poate folosi procedeul SNCR de denoxare simultan cu echiparea instalaţiilor cu arzătoare sărace în NOx, funcţie de durata de viaţă rămasă pentru utilajele respective.

În activitatea de proiectare de noi utilaje, trebuie ţinut seama de eventualele norme de protecţie a mediului care vor fi tot mai restrictive in cadrul Uniunii Europene.

CAPITOLUL III 3. METODOLOGIA DE CERCETARE PRIVIND FUNCŢIONAREA

CUPTOARELOR CU FLACARA 3.1 Metodologie de cercetare

Teza urmăreste diminuarea si inlăturarea noxelor produse prin arderea combustibilor solizi la cuptoarele industriale cu flacară, utilizate utilizand diferite substante chimice in reactiile din timpul arderii, proiectarea unor lancii pentru injectia substantelor chimice in focar prin utilizarea unor arzatoare specializate. Activitatea de cercetare s-a desfasurat in cadrul societatii Lafarge Ciment sectia Hoghiz cu aplicatie pe cuptoarele cu flacara de la fabricarea cimentului. Conditiile necesare la fabricarea cimentului rezolva problemele propuse in teza respectiv diminuarea noxelor cu valorificarea la maxim a anasamblului de date experimentale si reducerea la minim a erorilor de masurare in functionarea cuptoarelor cu flacara.

Cercetarea modernă presupune folosirea sistemelor de achiziţie automată a datelor şi a sistemelor de prelucrare automată a datelor. Sistemul de achiziţie automată a datelor trebuie să întrunească o serie de caracteristici cum sunt: • domeniu larg de frecvenţe cuprins între zero şi o limită superioară care să depăşească

frecvenţa maximă de interes; • posibilitatea cuplării la un mare număr de puncte de măsurare, pentru înregistrarea

simultană a mai multor variabile; • transformarea semnalelor electrice transmise de traductoare, de tip analogic, în semnale

electrice de tip numeric sau transformarea automată la scară; • posibilitatea transformării vizuale a datelor transmise prin sistem, pentru controlul

desfăşurării experienţei şi a modului de prelucrare a datelor în sistem. În forma generală, sistemul de achiziţie automată a datelor are în componenţă trei elemente funcţionale: • elementul de intrare care cuprinde ansamblul trductoarelor de măsurare, cu circuitele

conexe de prelucrare a semnalului şi un dispozitiv de transfer a semnalului pe un singur canal;

• elementul de convertire a semnalelor de tip analogic în semnale de tip numeric; • elementul de ieşire care transferă semnalele de tip numeric în exterior într-o formă

inteligibilă sau le memorizează pentru prelucrarea ulterioară pe calculator.



CAPITOLUL IV 4. METODE DE MASURARE A GAZELOR REZULTATE ÎN URMA ARDERII

COMBUSTIBILILOR 4.1. Metode de măsurare a emisiilor

Măsurarea emisiilor este o metodă complementară determinării parametrilor funcţionali ai utilajului de încălzire, fiind un indicator a funcţionării corecte a instalaţiei de ardere, cât şi a instalaţiilor auxiliare pentru diminuarea noxelor. Pentru O2 şi CO2 indicarea concentraţiei se exprimă în procente volumice. Sursele de emisie sunt naturale şi artificiale ca rezultat a acţiunii umane.

La măsurarea emisiilor se determină iniţial componentele gazoase şi conţinutul de particole solide din emisii, o importanţă deosebită având debitele masice emise. Pentru imisii cel mai des se utilizează noţiunea de depuneri sau depozite.

Noxele lichide sau solide având dimensiuni de ordinul μm formează aerosolii. Când umiditatea aerului este relativ mare se formează smogul. Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul

măsurătorilor continue se urmăreşte evoluţia în timp a valorilor măsurate iar în cazul măsurătorilor discontinue se determină valorile medii pentru controlul efectuat.

Se utilizează măsurătorile on-line când măsurarea se face direct la locul de prelevare a probei, respectiv of-line când proba prelevată este transportată pentru a fi măsurată într-un laborator specializat.

În tab. 4.1 sunt date principalele metode de investigare a impurităţilor gazoase din atmosferă [75]. Tabelul 4.1.Principalele metode de investigare a impurităţilor gazoase din atmosferă

Principiu Emisie Imisie Continuu Discontinuu Exemple

Fotometrie în IR X X X CO, CO2, SO2, NO, NH3, H2O,CH4,C2H2,C2H4 etc.

Fotometrie în UV X X X O3, NO, NO2, SO2, Cl2, H2S, HCNO

Fotometrie în domeniul vizibil X X NO2, Cl2,

Fluorescentă în UV X X X SO2

Chemiluminescenta X X X NO, NO2, (NOx), O3

Fotometrie a flăcării X X Cantitatea totală de S, respectiv de SO2

Ionizare a flăcării X X X Cantitatea totală de hidrocarburi CmHm

Conductometrie X X X SO2,H2S,CO2,C12,HC1 Amperometrie X (X) X NO2,H2S,O2,CO,SO2 Coulombmetrie X X X SO2, Cl2 Potenţiometrie X X X HF, HC1, O2


Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat 15

Cromatografie X X X Gamă largă de componente individuale

Colorimetrie (X) X (X) X SO2,NO2,F,O3,HC1,C12 H2S,NH3,HCNO

Titrare pH-metrică X X SO2,SO3,NOX,CO,C12, H2S, O2, NH3

Paramagnetism X X O2 Conductivitate termică X X CO2H2

4.4. Concluzii Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul



În cazul măsurătorilor of-line există posibilitatea ca prin păstrarea probei prelevate un anumit interval de timp să se favorizeze formarea unei cantităţi suplimentare de noxă (de exemplu protoxid de azot - N2O), formată suplimentar, fiind mult mai mare de cât cea existentă în proba iniţială. Pentru astfel de noxe analiza trebuie făcută imediat chiar la locul prelevării probei

Importanţa tehnicii de măsurare directe a probei proaspete, nealterate, se va evidenţia prin exemplificarea erorii de măsurare, înregistrată cu ocazia primelor măsurători ale concentraţiei gazului luat in studiu

CAPITOLUL V 5. CONTROLUL ARDERII COMBUSTIBILILOR GAZOSI SI SOLIZI

5.1. Combustibili gazoşi Cel mai utilizat combustibil gazos la utilajele termice de încălzire a produselor metalice este

gazul natural extras din exploatările de gaze naturale. Compoziţia combustibililor gazoşi se exprimă în procente volumice (spre deosebire de

compoziţia combustibililor lichizi care se exprimă în procente masice), şi se raportează la starea anhidră sau la cea umedă.

5.2. Caracteristici energetice ale combustibililor gazoşi In tabelul 5.1 sunt prezentate caracteristicile combustibililor

Tabelul . 5.1 Caracteristici ale componenţilor combustibililor Puterea calorică

[MJ/kg] Denumirea gazului

Formula gazului

Densitatea [kg/m3N]

Masa moleculară

relativă [kg/kmol]

Constanta de gaz perfect [kJ/(kgK)] superioară inferioară

Azot N2 1,2505 28,016 296,749 - - Oxigen O2 1,42895 32 259,778 - - Bioxid de carbon CO2 1,9768 44,11 188,910 - - Bioxid de sulf SO2 2,9263 64,060. 129,787 - - Oxid de carbon CO 1,2500 28,011 296,945 12,644 12,644 Hidrogen H2 0,08987 2.0156 4121,735 12,770 10,760



Hidrogen sulfurat H2S 1,5392 34,080 244,186 25,707 23,697 Metan CH4 0,7168 16,040 518,722 39,858 35,797 Etan C2H6 1,3560 30,068 276,744 70,422 64,351 Propan C3H8 2,0037 44,094 188,778 101,823 93,575 Butan C4H10 2,7030 58,120 143,177 134,019 123,552 Pentan C5H12 3,4570 72,14601 115,240 162,397 146,077 Etilena CH4 1,2605 28,052 296,651 64,016 59,955 Propilenă C3H6 1,9150 42,080 197,996 94,370 88,216 Acetilenă C2H2 1,1709 26,040 319,599 58,992 56,940 Vapori de apă H2O 0,7680 18,0156 461,497 - -

5.3 Combustibili solizi 5.3.1. Caracterisiticile principale ale carbunilor

Cărbunele este una din cele mai importante surse primare de energie, lui revenindu-i aproape 70% din energia globală în rezervele de combustibili fosili.

Cărbunii sunt roci sedimentare caustobiolitice, rezultate din fosilizarea prin încarbonizare a substanţelor vegetale. Se găsesc aglomeraţi în scoarţa pământului sub formă de zăcăminte, la adâncimi variabile, de la suprafaţă, la sute sau chiar la peste o mie de metri adâncime. Zăcămintele pot fi sub formă de masive, sau de straturi, iar durata de exploatare se estimează la peste 100 de ani.

Principalele caracteristici ale cărbunilor şi utilizările lor sunt prezentate în tab. 5.5.. Tabelul 5.5. Caracteristicile cărbunilor şi domeniile de utilizare [127]

Tip cărbune Conţinut de

carbon %

Umiditate %

Putere caloric

kcal/kg

Domeniul utilizării

Antracit 89,5-96,5 2 7800-8350 chimie, metalurgie

Huilă 76-90 2-7 7000-9000 semicocs, cocs Cărbune brun 67-79 5600-7500 energetică

Lignit 65-75 30-50 2600-4100 energetică Turbă 40-60 60-70 2000-5000 energetică

Şist bituminos 600-700 energetică 5.4. Calculul şi controlul arderii combustibililor 5.4.1. Bilanţul material şi energetic al instalaţiilor de ardere Toate calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se

raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care în România este fixată la valoarea de 25°C.

Bilanţul material exprimă principiul conservării materiei aplicat instalaţiei de ardere, la arderea completă a combustibilului şi se scrie sub forma:

B + B · Ga,um = B · Gga [kg/s] (5.19) sau:

1 + Ga,um = Gga [kg/kg comb.] (5.20) unde:



B este consumul de combustibil [kg/s], Ga,um – masa aerului umed necesar arderii combustibilului [kg/kg comb.] Gga – masa gazelor rezultate în urma arderii combustibilului [kg/kg comb.]

Bilanţul energetic al instalaţiei de ardere exprimă principiul conservării energiei aplicat instalaţiei de ardere.

5.5. Concluzii Combustibilii utilizati in cercetarea experimentala sunt de tip gazos CH4 (pentru aprinderea,

amorsarea arderii arzatorului) si solizi de tip cocs Aslan pulverulent ce se injecteaza in arzator de tip “Combustie redusa de NOx” din industria cimentului.

Calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care este fixată la valoarea de 25°C.

În cazul proiectării unei instalaţii de ardere, calculul se efectuează conform ecuaţiei de bilanţ material, pe baza compoziţiei elementare, respectiv a compoziţiei volumice a combustibilului, aplicându-se ecuaţiile stoichiometrice de reacţie dintre componentele combustibile şi oxigenul din aerul atmosferic.

La determinarea prin analiza gazelor arse a componentelor CO şi CH4 (în gazele arse) se va proceda la reglarea coeficientului de exces de aer până la valoarea optimă astfel încât să nu existe noxe în gazele arse evacuate la coş şi nici un volum de oxigen în fum mai mare de 2÷3%, care este considerat optim atât din punct de vedere a funcţionării utilajului cu un randament maxim cât şi din punct de vedere a noxelor evacuate pe coş.

CAPITOLUL VI

6. CONTRIBUTII SI CERCETARI PRIVIND REDUCEREA NOXELOR LA CUPTOARELE DE INCALZIRE CE FOLOSESC ARZATOARE

CU COMBUSTIBIL SOLID

6.1 Arzatorul de combustie Profilul de temperatură măsurată în timpul arderii cocsului este caracterizata de o creştere a

temperaturii de aproximativ 0,7 s: particulele şi gazul atingand 1060 °C. Acesta este zona în care are loc devolatilizarea. Oxidarea acestor materiale volatile creează o flacără şi, astfel, o zonă de temperaturi mai ridicate.

Odată ce devolatilzarea este completata, există oxidarea de reziduuri de carbon. Această reacţie este mai lenta. Temperatura particulelor şi a mediului gazos scăde pentru a ajunge la cel al reactorului. Zona temperaturi ridicate este zona în care pierderea de masă a particulelor este cea mai importanta.

In fig. 6.2 se prezinta schema de principiu si aspectul unui arzător comercial ce foloseste combustibil cocsul pulverulent, cu initierea flacarii cu gaz metan. Introducerea combustibilului se face în general prin furnizarea a o mică parte a combustibilului într-o regiune înainte de zona principala de combustie. Acest aparat este destinat în primul rând de a reduce emisiile de NOx de conversie. Azotul molecular în timpul trecerii sale prin regiunea unde ponderea minorităţii de combustibil este injectat impune conditia acestei regiuni in favoarea reacţiei reductive de NOx prezente în radicali de hidrocarburi de combustibil. Aplicarea acestei tehnici, cunoscuta sub numele de ("reburning"), prevede, de asemenea, furnizarea de aer suplimentar in proces, la sfârşitul camerei de ardere, cu scopul de a finaliza oxidarea de combustibil. Indiferent de combustibil utilizat în zona principală, gazul natural este combustibilul injectat de obicei în partea din faţă a zonei principale.



Pentru cercetarea emisilor de gaze rezultate in urma arderii cocsului s-a abordat metoda absorbtiei in infrarosu ce implica niveluri de rotatie de energie si de vibratia moleculelor. Acesta va avea prin efectul de vibrare, modificarea distantelor inter-atomice sau a unghiurilor de legatura. Durata de viata a stărilor excitate este foarte scurta, de ordinul a 10-13 sec. şi ansamblul revine rapid la starea fundamentala [28]. Frecvenţa radiaţiei absorbite depinde de frecventa de vibratie, în timp ce intensitatea radiaţiei absorbite depinde de variaţia momentului dipol.

6.2. Reducerea NO cu carbon solid, mecanisme de reactie În cele ce urmeaza s-au evidenţiat rezultatele obţinute, atât pe plan cinetic şi cat si pe plan fizic (influenţa caracteristicilor cărbunelui) al reacţiei eterogene de reducere a NO pe carbon solid.

6.2.1. Mecanisme globale Produsele dominante ale reacţie reducere a NO pe carbon sunt N2, CO, CO2 , [27, 77].

C + 2NO → CO2 + N2 (6.3) C + NO → CO + ½ N2 (6.4) CO + NO → CO2 + ½ N2 (6.5 )

Specia CO, produs de reacţie N2O + C → N2 + CO, are posibilitatea de a reacţiona cu NO la suprafaţa carbonului solid în conformitate cu reacţia SO2 + H + M ↔ HSO2 + M .

a

b c Figura . 6.2 Arzator Low NOx

a- schema de principiu: A- temperatura inalta- zona bogata in combustibil devolatilizata, B- producerea flacarii si reducerea spatiului, C- zona de descompunere NOx ,D- zona oxidanta; b- vedere de ansamblu, c- duza arzatorului



Prin urmare, este dificil să se obţină date cinetice intrinseci privind reactia de reducere a NO , fără a ţine seama de aceasta reacţie.

În timpul reacţiei dintre NO şi a reziduurilor de carbon, azotul poate reacţiona pentru a forma de N2O. Este o specie minoritară, a cărei evoluţie este descrisă în acest paragraf.

6.2.2. Mecanisme detaliate Literatura de specialitate prevede mecanisme detaliate care descriu, cu ajutotul unui numar de

reactive mai mult sau mai puţin important, reducerea de NO pe carbon solid. 6.2.3. Parametrii cineticii de reacţie Vom prezenta in continuare un rezumat al datelor cinetice din literatura de specialitate, cu

privire la reacţia de reducere a NO pe carbon solid. Modelul cinetic În cazul acestei reacţii eterogene non-catalitică, este posibil să se exprime în funcţie de viteza

de reactie [27, 111]:

mNOrNONONO PSkηr =−

si dt

dNOrNO =− (6.6)

unde : - rNO este rata de distrugere (molNO.s-1) kNO = constanta cinetica (molNO.s-1.m-2.atm-m) Sr = suprafata reactiva (m2) PNO = presiunea partial de NO (atm) m = ordinea de reactie ηNO = factorul de eficacitate Thiele constanta cinetica este in general definite de legea lui Arrhénius:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

P

NONONO TR

EaexpAk

(6.7) unde :

ANO este factorul de frecventa al reactiei de reducere al NO pe C [molNO.s-1.m-2.atm-m] EaNO - Energia de activare a reactiei de reducere a NO pe C [J.mol-1] Reacţia de NO cu reziduuri de carbon sau cu carbon este de ordinul întâi in comparatie cu

presiunea parţială a NO [1, 27, 46, 111]. Ordinea de reacţie este apropiată de 0 la temperatura scazuta (≈550 ° C), pentru a ajunge la 1 la temperaturi mai mari (circa ≈0,9 la 830 ° C).

Literatura de specialitate furnizează valori de energii de activare pentru diferiţi combustibili. Aceste valori sunt prezentate în tabelul 6.2. Ele sunt între 63 şi 261 kJ / mol. Tabel 6.2 Valori de energii de activare pentru diferiţi combustibili [102]

Combustibil Interval de temperatura (°C)

Ordinal de reactie

Ea (kJ/mol)

Reziduu carbon din carbune 980-1480 1 137 Grafit 600-850 1 239 Reziduu carbon din carbune 550-900 1 223 Reziduu carbon din carbune 700-980 1 138

500-650 63-88 Reziduu carbon din rasina 650-800 1 180



480-620 1 261 10 carbon activ 650-780 0,23 116 0,22 111 0,43 167 Reziduu carbon din carbune 400-950 0,36 181

ordinul si energia de activare pentru reactia NO-C

6.2.4. Efectele proprietăţilor cărbunelui asupra reactivitatii In general sunt recunoscute, efectele importante ale proprietăţilor fizice şi chimice ale

combustibililor asupra reactivităţii NO pe reziduu de carbon. Aceste proprietăţi includ: • rang cărbunelui original; • analiza elementala (C, H, O, N, S); • cantităţile de minerale; • suprafaţa specifica.

În plus, condiţiile de piroliză influenteaza asupra structurii carbunelui format, şi, în consecinţă asupra reactivităţii cu NO. Într-adevăr, natura şi cantitatea de materii volatile, care au un impact asupra structurii reziduurilor solide, sunt dependente de rata de creştere a temperaturii, precum şi temperatura finală la piroliză.

Prezenţa altor gaze pot modifica, de asemenea, reactivitatea carbunelui pe NO, prezenţa vaporilor de apă sau de oxigen pot avea, de asemenea, un impact.

6.3. Efectul de oxizi de sulf si de azot Cocsul de petrol este un combustibil al cărui conţinut de sulf natural este ridicat, şi diferă de pe

o gamă largă de la un cocs la altul. În timpul arderii cocsului de petrol, sulful va oxida pentru formarea unei reactii, responsabila de

ploile acide: SO2. Cu toate acestea, în sectorul cimentului, prezenţa calcarului şi varului permit fixarea acestui SO2 [70]. Această reacţie are loc la temperaturi în care eficienţa de captare este cea mai mare [63], astfel încât prin vatra, emisiile de SO2 sunt practic zero.

În condiţii prielnice, formarea de NO din combustibil este sporită de prezenţa de sulfului , în conformitate cu următoarele reacţii [48]: SO2 + H ↔ SO + OH (6.13) HCN + OH ↔ NH2 + CO (6.14) NH2 + OH ↔ NH + H2O (6.15) SO + NH ↔ NO + SH (6.16)

Reacţia (6.13) permite, în condiţii prielnice in combustibil, formarea SO. Acest SO poate reacţiona cu produsul ambelor reacţii (6.13) şi (6.16) pentru a forma NO din combustibil.

O prezentare sumară a tuturor reactiilor prezentate anterior este prezentată în fig.6.6. Aceasta este o diagrama simplificata în mod deliberat, care reprezintă reacţiile importante care afectează evolutia NO.

În această figură, azotul din solid este eliberat în timpul devolatilizării ca HCN şi NH3. HCN apoi se oxideaza in NO, sau se poate forma N2O în prezenţa a radicalilor azotati. NH3 poate reacţiona cu solidele pentru a forma, la rândul NO şi N2. În prezenţa calcarului, NH3 poate forma, de asemenea, NO şi N2.

Prin reacţie catalitică cu calcar, N2O poate forma NO. NO poate fi redus în contact cu solidul într-o reacţie eterogene pentru a forma CO, CO2 si N2.



Această reacţie este ameliorata în prezenţa de monoxid de carbon. Această reacţie poate produce, de asemenea, N2O.

Sulful din combustibil este oxidat in SO2, o parte din SO2 va fi blocat de cenuşă solidă şi calcar. SO2 rămas va participa la reacţii în care speciile radicalilor H şi OH sunt consumate.

Figura. 6.6 Diagrama de reacţii generale implicate în formarea sau distrugerea de NO şi N2O în

prezenţa de sulf şi calcar. [74]

6.4. Contribuţia unor mecanisme diferite în formarea şi distrugerea de NO 6.4.1. Analiza procesului de ardere Profilul de temperatură măsurată în timpul arderii cocsului in cuptoarele metalurgice este

caracterizata de o creştere a temperaturii de aproximativ 0,7s: particulele şi gazul atingand 1060 ° C. Acesta este zona în care are loc devolatilizarea. Oxidarea acestor materiale volatile creează o flacără şi astfel, o zonă de temperaturi mai ridicate.

Odată ce devolatilizarea este completata, există oxidarea de reziduuri de carbon. Această reacţie este mai lenta decât la temperatura particulelor şi a mediu gazos si scăde pentru a ajunge la temperatura reactorului.

Zona temperaturi ridicate este zona în care pierderea de masă a particulelor este cea mai importanta.

Modelul termochimic prezinta evolutia in timp a masei fiecarei componente a particulelor de cocs, carbune şi cenuşă. S-au prezentat în fig. 6.7 evoluţiile maselor de cocs, din cărbune, şi particule (retinute pentru masa de cenuşă). Progresul de ardere (epuizare), care este un factor important în industrie pentru a proiecta reactoare, este, de asemenea reprezentat.

Evoluţia masei de cocs indică durata devolatilizarii cocsului Asland: masa scade rapid la 0,8 s, apoi scade lent la aproximativ 2s. Devolatilizărea nu este complet terminata atunci când porneşte oxidarea reziduurilor de carbon. Într-adevăr, masa carbunelui creste la aproximativ 0.6 secunde, apoi descreste până la sfârşitul devolatilizării.



0

0.20.40.60.8

11.2

00.2

5 0.5 0.75 1

1.25 1.5 1.7

5 22.2

5 2.5 2.75 3

Timp [sec]

Mas

a ad

imen

sion

ala

cocs

carbune

cenusa

particule

Fig. 6.7 Evoluţia masei de cocs, cărbune, si de particule cenusa; evolutia progresului ardere După 2.5 secunde, progresul de ardere este de aproximativ 77%. Factorul de eficacitate Thiele este un indicator de regim de ardere: aceasta este 1 atunci când

arderea se produce în toata particula, şi tinde la 0 atunci când aceasta are loc la suprafaţă. Evoluţia acestui factor este în funcţie de timp în fig. 6.8

Figura 6.8 Factorul de eficienta Thiele în timpul combustiei cărbunelui [116]

In fig. 6.8 acest factor este aproape de 1 pentru cel mai mare regim de ardere. Cu toate acestea,

el scade la o valoare de 0,86 în zona de temperatură înaltă. Scăderea acestui factor se datorează unei creşteri de temperatură cauzate de oxidare a materiilor volatile: ea implică o accelerare a cineticii de oxidare a carbunelui, ceea ce duce la un consum semnificativ de oxigen : difuzia de oxigen în interiorul particulelor devine mai limitata. Cu toate acestea, în cazul arderii cocsului, se considera în mare parte un regim chimic: aceasta este cinetica de oxidare a carbunelui si nu difuzia de O2 din particule care limiteaza reacţia.

Diferenţa relativă dintre această concentratie şi concentraţia de oxigen în mediul gazos este prezentată în fig. 6.9

Această diferenţă este mică: concentraţia de oxigen la suprafaţa particulei este foarte apropiata de cea din mediul gazos. Decalajul este maxim atunci când temperatura este cea mai mare: aceasta este accelerarea cineticii de oxidare a carbunelui, care este provoaca foarte uşor acest deficit de oxigen pe suprafata particulei.



Figura . 6.9 Diferenţa relativă între concentraţia de oxigen din mediul înconjurător şi

suprafaţa particule

6.5. Analiza chimica a speciilor de azot Folosind modelul termochimic, cantităţile de NO produse sau distruse în fiecare reacţie pot fi

acumulate în timp, ca un număr de moli produsi. Pentru a reduce cantităţi apreciabile cu uşurinţă, exprimam aceste cantităţi acumulate în ppm prin împărţirea la numărul de moli din sistem. 6.5.1. Producţia de NO în faza gazoasa omogenă

Am calculat cantitatile de NO produse sau distruse în timp pentru fiecare dintre reacţiile fazei gazoase care implică speciile de NO. Reprezentăm aceste cantităţi în figura 6.10 pentru reacţii care să conducă la mai mult de 1 ppm de NO produs sau distrus

a b

Fig. 6.10 (a)- Bilantul de producere si (b) de distrugere a NO pentru fiecare reacţie in faza gazoasa

din schema chimica

Reprezentare (a) din fig. 6.10 prezintă cantitatile de NO produse în faza de gazoasa, în timp ce (b) arată cantitatea de NO distrusa. S-a observat că evolutia cantităţilor de NO produse sau distruse este rapida inainte de 0.8 s, apoi lenta.

Frac

tiune

mol

ara

Frac

tiune

mol

ara



6.5.2. Producerea şi reducerea NO în faza eterogena În această etapa, ne concentrăm pe NO produs din azot solid, şi NO distrus la suprafaţa

reziduurilor de carbon. Vom compara aceste cantităţi pentru cele produse în faza de gaz (Fig. 6.11) Sursa majoră de NO din azot de solid este oxidarea carbunelui. Ea produce cantităţi importante

de NO. Am observat într-adevăr, în timpul experimentelor de piroliză că NO nu este detectat în timpul devolatilizării.

Reacţia de reducere a NO pe reziduu de carbon distruge cantitati importante de NO. Aproximativ 16% din NO produs prin oxidarea reziduurilor de carbon este distrus de această reacţie. Reacţiile in faza de gaze contribuie în mod semnificativ la producerea de NO cu 0,7 s. Ulterior, aceste reacţii distrug cantităţi semnificative de NO (aproximativ 200 ppm). Se constata, în fig. 6.11 că valoarea cumulată de NO care se formează în faza de gaz scade, ceea ce înseamnă că valoarea NO distrusa de unele reacţii in fază de gaz sunt mai importante decât cantităţile produse de către alte reacţii.

Simularea de ardere a cocsului din petrol fig. 6.12 dovedeste ca nu conţine azot ce este folosit pentru a se produce combinatia de NO termic şi NO precoce. Rata azotului natural din cocsul din petrol este mica (≈ 1,5%), profilul de temperatură calculata nu este schimbata în timpul arderii cocsului cu sau fără azot. NO obţinute în timpul arderii cocsului fără azot, nu este produs din azot din aer: el este NO precoce şi NO termic. Rezultatul acestei simulari arată că cantitatea de NO produsă in faza de gaz este de aproximativ 1 ppm: NO termic şi NO precoce care sunt astfel formate în proporţii neglijabile.

Fig. 6.11 Cantitatile cumulate în timp de NO produs prin devolatilizăre şi oxidare pe carbune;

cantitatile cumulate în timp de NO produse în faza de gaz; cantitatile cumulate de NO în timp de NO distrus prin reacţiii eterogene cu carbune; NO total present



0

500

1000

1500

2000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

Timp [sec]

Tem

pera

tura

[oC

]

Tp

Tg

00.20.40.60.8

11.2

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8

Timp [sec]

Arde

re

ardere

Fig. 6.1.2 Simularea arderii cocsului Asland într-un reactor, la 990 ° C: (a)- profilul de

temperatură al particulelor şi al gazului (b) evoluţia progresului de ardere

6.5.3. Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO Temperatura este recunoscută în literatura de specialitate pentru influenţa în mod semnificativ a

cantitatii de NO emise. Folosind modelul termochimic, vom studia impactul creşterii de temperatură de 10%, sau 990 °C în loc de 900 °C. Apoi realizam două simulări de combustie a cocsului Asland: unul la 900 °C, iar celălalt la 990 °C. Profilul de temperatură calculat, fig 6.12 a, precum simularea evolutiei progresului de combustie sunt reprezentate grafic în figura 6.12 b pentru ardere cocsului Asland la 990 °C. Se remarca pe aceasta figura că temperatura particulelor (Tp) şi a mediului gazos (Tg) depaseste 1450 °C în zona de flacără, în timp ce acesta nu a tins decat 1060 °C, când reactorul era de 900 °C. În consecinţă, progresele de ardere înregistrate se schimbă foarte rapid, la 0.95 după 0,5 s, întrucât, după acelaşi timp, acest progres este de 0,2 atunci când temperatura in reactor este de 900 ° C. Acest decalaj va afecta cantitatile de NO produs din azotul din combustibil.

Concentraţiile de NO în funcţie de timp s-au convertit la cele două simulări în unităţi comparabile (ppm in adf la 3% O2). Concentraţii la 900 ° C, sunt exceptate de cele obţinute la 990 °C. Diferenţa cantităţiilor de NO emise de-a lungul timpului este reprezentată grafic în figura 6.13.

S-a remarcat in aceasta figura că diferenţa emisiilor de NO creste la aproximativ 690 ppm de NO în zona de flacără. După 3s, diferenţa dintre emisiile de NO va fi redusă la 330ppm.



Fig. 6.13 Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO în daf la 3% O2 (diferenţe între emisiile

de NO intre doua temperaturi din reactor: 990 şi 900 ° C).

Modelul ne permite să caracterizam mecanismul care determină această diferenţă. S-au prezentat în figura 6.14 contribuţiile diferitelor mecanisme implicate în timpul arderii cocsului Asland în reactor la 990 °C. Se poate observa din această figura ca emisiile totale de NO au atins un maxim mai devreme decât atunci când reactor temperatura a fost de 900 °C (de aproximativ 0,4 comparativ cu 0,8 s) şi că acest maxim este mai mare (aproximativ 900ppm in loc la 530ppm). La o temperatură de 990 °C, arderea este mai rapida, cantitatea de azot solid este eliberata aproape în întregime în mai puţin de 1s. Cantitatea de NO produsa în timpul devolatilizării nu s-a schimbat de când a fost finalizata la 900 ° C, în mai puţin de o secundă. Cu toate acestea, în figura 6.14 se observa că cantitatea de NO produsă prin oxidarea reziduurilor de carbon a ajuns la 750 ppm fata de 600 ppm la 900 °C, după 3 secunde, atestand rezultatul direct al arderii mai avansate la 990 °C fata de 900 °C. Producţia de NO din toate reacţiile in faza gazoasa omogena este mai mare de 900°C: acest mecanism contribuie la aproximativ 600 ppm de NO dupa 3s. În plus, după 0.8s în reactor, la 900°C, reacţiile in faza gazoasă duc la distrugerea de NO. In reactor la 990 °C, cantitatea de NO produs in 0.4 s rămâne constantă, adică reacţiile de formare şi de distrugere a NO sunt in echilibru: nu există nici o distrugere a NO prin reacţia faza de gaz în reactor, la 990 °C.

În plus, reducerea de NO pe carbune este mai importanta având în vedere că temperatura este mai mare: acest mecanism poate reduce la 500 ppm a emisiile de NO într-un reactor, la 990 °C.

Figura 6.14 Cantitatea cumulată in timp în reactor, la 990 ° C de NO produs prin devolatilizarea şi oxidarea carbunelui; cantitatile cumulate în timp de NO distrus prin reacţii eterogene cu carbune; NO total prezent



O simulare a arderii cocsului ne conţinand azot într-un reactor, la 990 °C identifică valorile de NO termic şi precoce produse in faza de gaz. După 3s, cantitatea de NO produsă in faza de gaz este doar 38ppm. Diferenţă semnificativă în producţia de NO in faza de gaz gasita între cele două temperaturi este probabil legată de evolutia altor specii de azot (HCN, NH3, NX).

În concluzie, o creştere a temperaturii reactorului la 990 °C influenţează emisiile de NO printr-o ardere mai avansata, pentru eliberarea în mai puţin de 3s a azotului din solide, şi o contribuţie mai mare a reacţiilor fazei de gaz a căror înregistrare este de câteva sute de ppm formate la sfârşitul combustiei. Mecanismele de formare a NO termic şi NO timpuriu au un impact redus asupra cantitatii totale de NO emise.

6.6 Folosirea apei sub presiune pentru reducerea noxelor NOx Scopul cercetarii este de a evidenţia mecanismele de creare a NOx în duza şi de a identifica injectarea optimului de apă, care realizează o reducere semnificativă a emisiilor de NOx.(se face la temperaturi foarte ridicate in flacara cca 20000C) Mai multe teste au fost efectuate pentru a evalua reducerea emisiilor de NOx, precum şi impactul asupra funcţionării cuptorului, injectarea de apă la debite şi presiune diferite. In cazul în care nu avem NOx la coşul de fum, NO se formează la duza principală a arzatorului la o concentraţie de 800 ppm şi 1000 ppm. Acestea sunt fluctuante datorita starii termice a cuptorului, arderi de oxigen de la gura cuptorului şi diluarea gazelor de evacuare prin decarbonatare a materialului, ce scade concentraţia de la 100mg/Nm3 la 900mg/Nm3 si oxigenul prin reducere de la de la 20% la 10 %. Cifra este redata pentru doua zile de test. Acesta arată că emisiile de NO2 în coşul de fum sunt direct corelate cu nivelul de NO la gazele iesite din cuptor. În rezultatele testelor se urmaresc doar modificări în NO la iesire din cuptor, analiza acestora este mult mai sigură şi mai rapidă, figura 6.15

Fig. 6.15 Diagrama Tales de cuptor

Pentru a studia impactul injecţiei de apă asupra emisiilor de NOx la cuptor au fost utilizate: • Fluxul a.qm 01 făină (T / h) este suma ratelor instantanee la poarta de intrare tip Lepol, • Măsurarea de clincher (var granulat) a.caolkk 01 (%) se face prin eşantionare la fiecare 20 de

minute la cuptor şi analizor de conductivitate de tip Isys.



• Consumul de calorii daithermies care • Debitul de carburant la poarta Lepol este fix, variaţiile sunt cele direct la duza. • Un pirometru de culoare, indică temperatura de zona de amestec în TZ (°C) • Analizor de gaze la ieşirea din cuptor conţinut a.O2/m25 brut (%) şi de oxid nitric

- NO/m25 (ppm). MIR 9000 măsuri Analizorul de NOx emisiile la coş. Valoarea de reglementare - NO2chem/800 (mg/Nm3) reprezintă 10% oxigen brut redus, cu 20% reducere.

• Semnal de analiză şi alegerea perioadei de observaţie Pentru a compara diferitele setări, am efectuat studii medii pentru fiecare parametru pe perioade de 2 ore. Aceasta perioadă oferă un bun compromis în stabilizarea cuptorului, după modificarea unui parametru de flacără, şi o nevoie de a avea aceleaşi condiţii de pregătirea materiilor prime chimice Semnalele de analiza a gazelor şi zona de temperatură arată o perioada de 10 min de zgomot slab şi amplitudine comparabilă cu impactul dorit cu injecţie de apă. Prin aceste semnale in medie de peste 10 min am introdus un usor decalaj si zgomotul dispare.

Formarea de NOx- este un produs de reacţie de oxidare de azot cu oxigen la temperaturi ridicate. Această reacţie are o cinetică lentă în comparaţie cu ardere în alte scopuri şi necesită disponibilitatea de prezenta radicalilor O-OH şi la o temperatură înaltă în reziduuri de combustie. In fig. 6.16 este prezentat schema injectaii de apa in focarul cuptorului

Figura 6.16 Schema injectaii de apa in focarul cuptorului Un prim studiu a fost realizat pe flacără OCTC care a condus la o schimbare în impuls specific 7-3 menţinând în acelaşi timp un vârtej de 0,15. Astfel noile setări au fost:

• servomotorul prin reducerea fluxului de oxigen a aerului de ardere: aer axiale de 2500 Nm3 / h la 1250 Nm3 / h şi 1500Nm3 aer de rotaţie / 1100Nm3 am / pm

• servomotorul de reducerea temparaturii in flacără, răspândind astfel unităţi termice peste un volum mai mare.

Rezultatul a fost o reducere de 30% de NO la iesirea din cuptor. În tab. 6.5 se prezinta energia consumată prin injectarea de apă (500l / h), în inima flacarii



Tabel 6.5 Energia consumată prin injectarea de apă (500l / h) Zona Temperatura A Lungime de la 0 – 1m corespunde distantei de ardere T°C< 600°C B Distilarea combustibililor volatili cu formare de CO 2 si H2O

600°C <T°C< 1100°C

C Inflamarea si cracarea de ulei combustibil cu eliberare de carbon

1100°C <T°C< 1600°C

D Reacţie de carbon cu producţia de H2 şi CO2 de H si CO (reactii chimice de reducere)

T°C> 1600°C

E De ardere de CO şi H pentru a restabili CO2 şi H2O Zone de formare maxima NO

1600°C <T°C< 1800°C

F Sfârşitul de ardere, producţia de CO2 si H2O cu aerul rezidual

Apa este injectata în centrul duzei cu un pistol twin-fluid aer-apă. Caracteristicile: con spray de aproximativ 10 °, Debit de apă 0 - 3000L / h la 6 bar, asistenţă de aer 3-5 bari. Se constata ca o presiune mai mare creşte fluxul de apă iar jetul este mai lung fig. 6.19 In cazul unui flux constant de apă, atunci când presiunea aerului creşte, jetul devine mai larg si mai lung, fig. 6.19 a b

c

Fig. 6.19 Forma jetului de apa functie de debitul apei si presiunea aerului in duza,

a- Q apa = 500L/h, P aer = 3 bar, b – Q apa = 1000L/h, P aer = 3 bar, c- Q apa = 1000L/h, P aer = 4 bar



Testarea de 13 şi 14 octombrie 2009 Setări: apa 500 l / h la aer P = 3 bar Perioada acoperită: Fără apă 12/10 la 13/10 la 20h la 14h (18h durată) Injecţie 13/10 la 14/10 la 16h la 02h (18h durată)

6.7 . Utilizarea ureei pentru diminuarea noxelor Ureea, având formula chimică (NH2)2CO se obţine prin încălzirea dioxidului de carbon şi

amoniacului la 130°C şi 50 bar. Este sub formă de cristale incolore şi este solubilă în apă, se descompune termic formând amoniacul şi acidul izocianic conform relaţiei:

(NH2)2CO→NH3+HNCO (6. 18) Procesul de denoxare se datorează radicalului activ NH2 care reacţionează cu NO formând

azotul molecular şi apa conform reacţiei: NH2+NO → N2 +H2O (6.19) Radicalul NH2 se obţine fie prin combinarea amoniacului cu radicalul oxidril, fie cu oxigenul

atomic conform reacţiilor: NH3+OH→NH2+H2O (6.20) 2NH3+O→2NH2+H2O (6.21) Reacţia (6.20 ) se desfăşoară la temperaturi în jurul valorii de 400°C iar reacţia (6.21) la

temperaturi de 700÷800°C, aceste intervale fiind denumite ferestre de temperatură, când reducerea oxidului de azot este maximă.

Prezenţa într-o proporţie corespunzătoare a apei oxigenate (H2O2) în substanţa activă injectată, contribuie la creşterea gradului de denoxare producând radicali OH prin descompunerea apei oxigenate la temperaturi de circa 400°C conform reacţiei:

400 C2 2H O 2OH°⎯⎯⎯→ (6.22)

Fig. 6.20 Schema sinoptica cu impactul injecţiei de apă, apa 500 l / h la aer P = 3 bar asupra emisiilor de NOx la cuptor



Procesul de descompunere a apei oxigenate trebuie foarte bine controlat din punct de vedere al

ferestrei de temperatură deoarece dacă se depăşeşte acesta temperatură de 400°C se pot produce emisii secundare de noxe cum ar fi NH3, protoxid de azot (N2O), acid izocianic (HNCO) şi CO.

În ceea ce priveşte emisia de CO, pentru fiecare mol de uree rezultă un mol de CO care se oxidează la CO2 datorită oxigenului conţinut în excesul de aer.

Noxele lichide sau solide având dimensiuni de ordinul μm formează aerosolii. Când umiditatea aerului este relativ mare se formează smogul. Smogul se formează prin acţiunea umidităţii din aer, a dioxidului de sulf şi a altor particole cum ar fi aerosolii. In prezenţa vaporilor de apă şi sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete ruv, dioxidul de sulf se va transforma în trioxid de sulf care dizolvat în apă formează acidul sulfuric conform reacţiilor (6.23) şi (6.24).

2SO2 + O2 + ruv = 2SO3 (6.23) SO3 + H2O = H2SO4 (6.24) Utilizarea ureei este un procedeu recomandabil atunci când instalaţia de încălzire utilizează un

combustibil cu un conţinut relativ mare de sulf. Ureea se amestecă în proporţie corespunzătoare cu apa calda si se malaxeaza ( fig. 6.24).

Ureea astfel preparata se pompează în lancia de injecţie ( fig. 6.25). Aceasta este amplasata pe cosul de evacuare a gazelor. Răcirea lanciei se realizeaza de către fluidul reducător (apă cu uree). Din cele arătate mai sus rezultă că proiectarea şi construcţia lanciei de injectare este complexă şi nu există soluţii standard, problema rezolvăndu-se în general pentru fiecare utilaj sau grupe de utilaje, prin încercări experimentale.

Fig. 6.25 Schema sinoptica a instalatiei de prepararea uree



Fig. 6.26 Montarea lanciei injectie uree pe cosul de evacuare 6.8 Elemente de proiectare a instalatiei de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru cuptorul cu flacara de la Lafarge Hoghiz Romania cu Sistem de reducere noncatalitica selectiva a oxizilor de azot

6.8.1 Elemente de proiectare a instalatiei Avand in vedere similitudinea proceselor chimice ce au loc in flacara arzatorului in cuptoarele metalurgice cu flacara cuptoarelor din industria cimentului s-a recurs la proiectarea si realizarea a unei instalatii de injectare a ureei in cuptorul cu flacara la SC Lafarge Romania . Cuptorul a fost echipat cu un sistem de reducere noncatalitica selectiva a oxizilor de azot. Pentru cuptorul cu flacara de la Hoghiz au fost analizate urmatoarele probleme specifice in industria cimentuului :

• Generalitati despre NOx • Restrictii privind emisiile de oxizi de azot • Componentele sistemului NOx Out – Uzina Lafarge Hoghiz • Principiu de functionare al sistemului NOx Out • Conditii pentru o reactie eficienta • Prezentare sistem instalat in uzina Lafarge Hoghiz • Rezultate experimentale in uzina Lafarge Hoghiz in cursul anului 2010 • Proiectarea unui sistem de monitorizare continua a emisiilor NOx

6.8.2. Principiu de functionare al instalatiei

• Ureea granule fig. 6.27) este descarcata in silozul pentru stocare printr-un sistem de transport pneumatic.

• Apa potabila este tratata (sunt eliminate mineralele si bacteriile) cu ajutorul modulului de tratare a apei (fig 6 .30 si fig 6.31) si este stocata in rezervorul de apa pentru solutie (fig 6.32)

• Pentru prepararea solutiei de uree (concentratie masica 45% uree) se transfera apa cu ajutorul modulului de pompare apa ( fig. 6.35 ) in rezervorul cu agitator (fig. 6.33) si este incalzita la o temp. de 60 0 C. Se cantareste ureea granule cu ajutorul cantarului (fig.6.28 si fig. 6.29 ) si se transfera in rezervorul cu agitator cu ajutorul unui sistem de transport pneumatic ( fig 6.36 ) . La terminarea transferului are loc o scadere de temperatura cu aprox. 20 0 C. solutia este incalzita la 50 0 C, omogenizata cu agitatorul din rezervor si recirculata cu pompa de recirculare si transfer ( fig 6.37 ) timp de aproximativ o ora.



• La terminarea omogenizarii ea este transferata in bazinul de stocare solutie uree d e unde este preluata de modulul de pompare solutie si trimisa catre modulele de distributie solutie uree catre injectoare ( fig. 6.38 si fig 6.39 ).

• Modulele distribuie solutia de uree pe fiecare injector in parte. ( fig 6.40 si fig 6.41 ) Fiecare injector pulverizeaza o perdea de solutie in fluxul de gaze din camera de trecere a cuptorului

Conditii pentru o reactie eficienta • Pentru a avea o reactie cat mai eficienta si deci a minimiza costurile, trebuie avute in vedere

urmatoarele: -Fereastra optima de temperaturi pentru injectie a solutiei de uree este intre 850 si 1050 0 C - Curgerea fluidului prin camera de trecere trebuie sa fie cat mai laminara -Timpul de rezidenta trebuie sa fie optim -Concentratia solutiei sa se pastreze in limita 45% (±2%) - Injectoarele folosite pentru pulverizare trebuie sa fie in stare buna de functionare (pentru o

imprastiere buna)

Figura . 6.27 - Uree granule

6.8.3 Componentele sistemului NOx Out proiectat In figurile 6.26 pana la 6. 41 sunt prezentate partile componente ale instalatiei proiectate si realizate

• Siloz pentru depozitare uree granule • Cantar pentru uree granule, • Modul pentru tratarea apei , • Rezervor pentru apa tratata , • Rezervor cu agitator , • Pompa de transfer si recirculare , • Modul de pompare a apei tratate , • Rezervor de solutie de uree , • Modul de pompare a solutiei de uree , • Modul de distributie a solutie la injectoare nivel 1 , • Modul de distributie a solutie la injectoare nivel 2 , • Injectoare nivel 1 ( fig. 6.40) • Injectoare nivel 2- ( fig. 6.41)



6.8.4. Sistem de monitorizare continua a emisiilor Software specializat OPSIS ENVIMAN

Opsis Enviman este un nume comun pentru o serie de module soft ce permit gestionarea informatiilor de mediu, provenite de la sisteme de monitorizare a emisiilor. Opsis Enviman este un produs software ce permite achizitia, prezentarea si gestionarea datelor, masurate in functie de parametrii definiti. Modulele software furnizate sunt Com Visioner si Reporter Aplicatia EnviMan Com Visioner realizeza achizitia datelor masurate si validarea lor, asigurand si celorlalte module informatii utile procesarii datelor in diferite scopuri. Softul prezinta urmatoarele avantaje: accesarea statiilor de monitorizare de pe cos si colectarea datelor de la acestea validarea datelor masurate pe baza unor criterii configurabile. Toate datele receptionatede la distanta sunt stocate, putand astfel modificate criterile in orice moment permite calculul pe baza unor fomule, putandu-se astfel realiza corectia la conditii normale contine functii de export a datelor pentru celelate module EnviMan, dar si pentru alte pachete soft (cum ar fi cele de tipul spreadsheets); contine functii de raportare prin furnizraea de informatii grafice, numerice si tabelare, ce pot fi generate automat la intervale de timp prestabilite crearea de alarme pentru aproape to ate tipurile de conditii prezentarea in timp real a datelor prezentarea datelor vechi. Prin cateva apasari de mouse pot fi aduse de la statii date dintr-un interval de timp mai vechi, ce au fost colectate mai devreme se poate realiza controlul deplin asupra analizoarelor de gaz Opsis si a data logger-ului. O statie Opsis poate fi apelata la cerere, pentru verificare sau configurare on-line Aplicatia EnviMan Reporter este o aplicatie ce permite gestionarea si procesarea statistica a diverselor baze de date, fiind destinata pentru a fi folosita cu sistemele de monitorizare Opsis dataloggere, dar si cu orice baza de date in format ASCII. Rapoartele, graficele si datele sunt compatibile cu Microsoft Office, permitand astfel schimbul de date folosind functii de taiere, lipire si copiere Reporter poate extrage date de la cateva baze de date diferite, pentru analiza statistica si comparatie. Softul permite ralizarea de rapoarte grafice / tabele in urmatoarele formate intervale de timp, analiza in timp, distributii; clasificari; corelatii; interogari de baze de date prin calcularea min/max/frecventa/numarare/timp, filtre pentru valori absolute, filtre conditionate pentru valori min si max; integrare in intervale de timp de: minute, ore, zile, saptamani, ani; editare de formule cu 7 operatori, 30 de functii si 12 parametrii exclude rea datelor dintr-un interval de timp ; .6.8.5. Rezultate experimentale in sistemul instalat in cadrul SC Lafarge Hoghiz Instalatia a fost pornita din data de 16/02/2010 Testele pentru reglaj s-au realizat in perioda 16 feb – 3 mar . Instalatia este monitorizata continuu pe tot parcursul functionarii cuptorului cu flacara 24 h din 24 h . Instalatia functioneaza si in prezent fara sincope . Pentru exemplificare am ales 3 ( trei ) etape reprezentative stiind ca media NOx la cos agreata de legislatia mediului in vigoare este 900 mg/Nm 3 :

Etapa intai : in perioada 24 -25.02.2010; Etapa a doua in perioada 02. – 03.03.2010 Etapa a treia : in perioada 07 – 08.03.2010



In tabelele 6.7, 6.8, 6.9 . sunt prezentate valorile NOx la cos si la Cap Rece pe perioadele analizata mai sus. Interpretarea rezultatelor se face pe un interval orar de 24 de ore (din ora in ora ) respectiv in cele trei perioade alese astfel pentru prima perioada 2/24/2010 ora 6 dimineata pana in 2/25/2010 ora 6 dim; pentru etapa a doua 02/03/2010 ora 6 dimineata pana la 03/03/2010 ora 6 dimineata; iar pentru etapa a treia 07/03/2010 ora 6 dim pana in 08/03/2010 ora 6 dimineata. Interpretarea rezultatelor in etapa intai: Au fost inregistrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 ) Debitul de uree a fost modificat in functie de noxele reduse inregsitrate.Astfel in primele 4 ore s-a lucrat cu un debit de 1,21 l/h . In a cincia ora de functionarae debitul s-a crescut la 32,37 l/h . Incepand cu ora a sasea de functionare a fost marit debitul de uree de la 438,46 la pana la 665,36 l/h . Dupa 24 de ore de functionare facandu-se media consumului de uree s-a constatat valoarea de 434,67 l/h pentru a reduce 374,80 (mg/Nm 3 ) .Valorile medii inregsitrate NOx la cos 1159,11 (mgNm 3 ) si NOx la cap rece 1133,91 (mg/Nm 3 ). Cantitatea de uree in litri folosita in 24 de ore 434,67 . Cantitatea de solutie de uree consumata pentru a reduce 1,00 mg de uree a fost 1,161 l ; respectiv ureea solida consumata pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 ) a fost 0,52 kg . Pentru a reduce 374,8 (mg/Nm 3 Noxe )s-au folosit 434,67 litri de uree In concluzie nu s-a atins limita impusa 850 (mg/Nm 3 ) . Interpretarea rezultatelor in etapa a doua : Au fost inregsitrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 ) Debitul de uree la nivelul 1 a fost zero pentru primele cinci ore, apoi pana in ora a- 11 - a fost de 120 l/h ; incepand cu ora a-12-a pana la sfarsitul perioadei monitorizata 400 l/h. Media inregistrata pe nivelul intai a fost 246,67 l/h. Debitul de uree pe nivelu doi a fost modificat in functie de noxele reduse inregsitrate.Astfel in primele 2 ore s-a lucrat cu un debit de uree de aprox 480 l/h . In urmatoarele 8 ore de functionarae, debitul a fost de 623- 750,46 l/h . In a 11 ora s-a realizat o scadere a debitului de uree, iar pe parcursul orelor 12-15 debitul de uree a crescut la 1200 l/h. In ultimele ore de monitorizare s-a inregistrat o scadere a debitului de uree ajungandu-se la valoarea medie de 625,69 l/h astfel ca media debitului de uree Nivel 1+Nivel 2 , s-a inregsitrat la o valaore de 872,36 l/h Valoarea de 872,36 l solutie de uree corespunde pentru a reduce 889,90 (mg/Nm 3 NOx ) Pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 NOx ) s-au folosi 0,98 l uree respectiv 0,44 g uree Media noxelor la Capul rece a fost 1748,98 mg/Nm 3. Pentru a ajunge la valoarea de 859,08 Noxe cos mg/Nm 3 a fost nevoie a se reduce 889,90 (mg/Nm 3 ). Interpretarea rezultatelor in etapa a treia : Au fost inregsitrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 ) Debitul de uree la nivelul intai a fost fixat la 400 l/h asemanator cu debitul de uree la nivelul intai – etapa a doua. Debitul de uree la nivelul doi in primele cinci ore s-a redicat la valori aproximativ 600-700 l/h. In ora a sasea , a saptea , a opta si a noua debitul de uree la nivelul doi a scazut f mult ( 1,21 ll/h) ca apoi sa se inregistreze o crestere pronuntata in ora a 12 de 642,19 l/h Debitul scade in ora a 15 la 212,67 l/h ca apoi pana la sfarsitul intervalului monitorizat debitul sa aiba o valoare egala cu 0,68 l/h In consecinta valoarea medie a debitului de urere la nivelul doi este 246,87 l/h. Valoarea totala a cantitatii de uree ( nivel 1+ nivel 2 ) a fost de 646,87 l uree pentru a reduce 489,75 (mg/Nm 3 ). Pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 NOx ) s-au folosi 132 l uree respectiv 0,459 (g ) uree Cantitatea de noxe reduse este 489,75 provine din : Noxe cap rece - Noxe cos .



In figurile 6.43 pana la 6.51 sunt prezentate diagramele de monitoriyare a debitului de uree pentru reduicerea lui Nox .

Fig. 6..43 Rreducere Nox Fig. 6..44 Debit solutie uree

Fig 6.45 Noxe reduse

Fig. 6.46 Reducere Nox Fig. 6.47 Debit solutie uree VS NOx

Facand o medie pe luna februarie si martie conform tabelului 6.10 se contata urmatoarele

Tabelul 6.10 Media pe luna a cantitatii solutie uree folosita FEB 2010 MAR 2010

Media NOx la cos 1492 mg/Nm3 1266 mg/Nm3

Media NOx Cap Rece 1591 mg/Nm3 1586 mg/Nm3 Cantitate solutie uree folosita (medie pe luna) 10 663 litrii 54 668 litrii



• Cantitatea inregistrata este mare datorita unui robinet de apa lasat deschis, aflat intre buncarul de solutie de uree si dulapul de pompare. Acest lucru a facut ca solutia injectata sa aiba o concentratie semnificativ mai mica decat cea normala (45% uree). Cu scopul de a reduce noxele s-au marit debitele de solutie de uree pana la gasirea problemei care cauza functionarea necorespunzatoare a instalatiei. In tabelul urmator ( tabelul .6.11. ) sunt prezentate perioadele cele mai reprezentative pentru functionarea instalatiei de reducere Nox in perioada de analiza Tabelul 6.11 Analiza asupra perioadei monitorizate de functionare

Perioada analizata (media pentru 24 ore)

24 FEB – 25 FEB 2010

2 MAR – 3 MAR 2010

7 MAR – 8 MAR 2010

Media NOx la cos 1159,11 mg/Nm3 859,08 mg/Nm3 1324,55 mg/Nm3 Media NOx la Cap Rece 1533,91 mg/Nm3 1748,98 mg/Nm3 1814,30 mg/Nm3 Solutie de uree consumata (medie pentru 24 ore) 434,67 l/h 872,36 l/h 646,87 l/h

Cantitate solutie uree consumata pt a reduce 1 mg/Nm3

1.16 l 0.98 l 1.32 l

Uree solida consumata pt a reduce 1 mg/Nm3 0.52 kg 0.44 kg 0.59 kg

Cantitate de uree solida bugetata 575 kg/h 575 kg/h 575 kg/h

Cantitate de uree solida, bugetata pentru a reduce 1 mg/Nm3

0.71 kg 0.71 kg 0.71 kg

Nu s-a atins limita impusa (850 mg/Nm3) datorita problemelor tehnice aparute la instalatia de introducere solutie de uree (debitmetrul pentru nivel 1 defect, infundare conducte si filtre pompe, neetanseitati, blocari de uree in siloz, vane infundate). Pentru acestea s-a elaborat o lista cu probleme si un plan de actiuni . In tabelul 6.11. este prezentata cantitatea medie pentru lunile februarie si martie folosita de uree . Perioada in care s-a obtinut cel mai bun rezultat este 2 MAR – 3 MAR 2010, cand media noxelor pe 24 ore a ajuns la valoarea de 859 mg/Nm3.

6.9.Concluzii Oxizii de azot sunt dăunătoari pentru oameni, prin iritarea căilor respiratorii şi pentru mediu, producand ploile acide şi efectul de seră.

NO termic, în principal format în duza de cuptor rotativ este o parte importantă a emisiilor totale de NO.

Emisiile de NO într-un precalciner de ciment se datorează în principal azotului din combustibil. Acest azot din solide va fi eliberat în timpul devolatilizării şi oxidarii reziduurilor de carbon sub formă de HCN, NH3, N2, NO, şi N2O. Distribuţia de azot între solide şi gaze în timpul devolatilizării şi diferite specii de azot generate, şi evolutia azotului rămas în solide sunt de obicei reprezentate într-o formă arborescenta sugerată de Song s.a. Factorii care stabilesc distribuţia în fiecare ramură sunt dati pentru cărbune în literatura de specialitate.

Specii de azot generate în timpul devolatilizării şi oxidari carbunelui vor reacţiona în faza de gaz care utilizează un număr mare de reacţii.



NO este implicat în reacţii în faza eterogena cu carbon solid: el este redus pentru a forma N2, CO şi CO2. Aceasta este o reacţie importantă în mecanismele de distrugere a NO. O reacţie similară se produce cu N2O.

Principalele puncte în ceea ce priveşte formarea şi distrugerea de NO sunt enumerate mai jos: • Când creşte temperatura din reactor creste (până la aproximativ 1100K), conversia azotului din combustibil in NO creşte, în timp ce N scade în N2O, dincolo de aceasta temperatura, conversia N in NO scade ; • În cazul în care concentraţia de NO creşte, N2O este, de asemenea în creştere; • Rangul cărbune nu are nici o influenţă clară asupra emisiilor de oxizi de azot; • Minerale au efect catalizator asupra emisiilor de NO şi N2O;

Efectul suprafeţei specifice, nu este clar: se pare că emisiile de NO sunt invers corelate cu suprafaţa carbunelui, dar nimic nu apare cu carbue brut, în afară de o corelaţie obţinuta de Illan-Gomez între suprafaţa specifica (masurata la N2) şi de reactivitatea NO.

• Reducerea de NO pe carbune este stabilită în două regimuri, în funcţie de temperatura, cu energii de activare diferite;

• Constantele cinetice de la reacţia de reducere a NO pe reziduu carbonic în literatura de specialitate sunt răspândite pe scară largă;

• Creşterea "duritatii" de tratare termică a reziduurilor de carbon determină reacţia lentă de reducere a NO şi N2O pe reziduuri de carbon. CO poate fi oxidat in CO2 prin reacţie eterogene cu calcar, dar, de asemenea, în fază de gaz

plecand de la radicali H şi OH. Acesti radicali sunt parţial consumati de sulful din solide, reacţia de oxidare a CO a CO2 este încetinită. Concentraţia de CO este mai mare în prezenţa de sulf. Această concentraţie mai mare de CO va spori reactia de reducere a NO cu carbon solid. Mai mult decât atât, această reacţie va produce CO, care ajuta de fapt reactiile prezente. Pe de altă parte, SO2 catalizeaza reacţia de reducerea a NO la N2O. Astfel, în prezenţa de sulf, concentraţia de NO este redusa.

Concentraţiile de poluanţi (SO2 şi NO) în timpul combustiei, variază de la unul cocs la altul în proporţii semnificative: de la 1728 la 4839 ppm SO2, şi 216 la 644 ppm de NO (3% în daf O2). În prezent, în conformitate cu literatura de specialitate, caracteristicile combustibililor care provoacă astfel de diferenţe in emisiile nu sunt bine cunoscute.

Un rezultat important al acestei cercetări este faptul că emisiile de NO nu au fost corelate cu rata azotului natural din combustibili. Emisiile de NO, cu toate acestea, sunt corelate cu viteza de ardere a cocsului în Reactorul cu Flux antrenat. Putem atribui creşterea emisiilor de NO cu cresterea temperaturii. Această abordare arată de asemenea că AGT poate fi estimat cu precizie scăzută la viteza de ardere in conditiile precalcinerului. Reiese corelaţia (r2 = 0,45) între vitezele de ardere în ambele dispozitive.

Sulful este recunoscut în literatura de specialitate pentru implicarea în chimia NO, este iniţial în stare solidă sau gazoasă (SO2). Din cercetarile facute corelatia că emisiile de SO2 sunt proporţionale cu rata sulfului natural din combustibili. Prin intermediul emisiilor NO din cocs din petrol, aratăm că rata de sulf din solid are o influenţă redusă asupra emisiilor de NO la ieşirea din reactor. Cu toate acestea, o tendinţă pare să indice că emisiile de NO sunt chiar mai mici decât rata de sulf care este mare. Experienţele specifice de dopaj in sulf în formă solidă şi forma de gaz nu au relevat reduceri semnificative ale emisiilor de NO. Câteva consideraţii ne-a condus să afirmam că interacţiunea dintre sulf şi NO are loc în strat de gaz din jurul fiecarei particule.



Într-o a doua abordare, am dezvoltat un model termice şi chimice detaliat, care să permită simularea numerică de ardere efectuata în condiţiile Reactorului cu flux antrenat. Acest model descrie toate reacţiile chimice, luând în considerare transferul de căldură şi speciile chimice.

Din experimentele de piroliză a cocsului în RFE, am determinat parametrii cineticii de devolatilizare. Am identificat, de asemenea, soarta factorilor de azot din combustibil în timpul devolatilizării, cu o marjă mică de eroare. Din experimentele de ardere a cocsului, am determinat factorii legati de oxidarea reziduurilor de carbon, caz în care, fiecare factor nu a putut fi determinat cu un gradul ridicat de incertitudine.

Odata ce toţi parametrii sunt determinati, am putut simula arderea cocsului Asland, prin implicarea tuturor fenomenelor. Analiza reacţiilor principale, "suport termic" de combustie, este următoarea. Se constată că temperatura creşte la 1060 °C în zona de flacără, apoi coboară la temperatura cuptorului. În zona de temperatură înaltă, devolatilizărea are loc, şi oxidarea reziduurilor de carbon începe. Cea din urmă se va intampla mai lent. În timpul acestei faze, concentraţia de oxigen de la suprafaţa particulei este foarte aproape de cea a mediului gazos. Am arătat că oxigenul patrunde bine în particule. Reacţia este limitată de cinetica chimica de oxidare a reziduurilor de carbon.

Analiza care ne permite să modelam diversele contribuţii pentru formarea de 530ppm de NO de la sfârşitul combustie este după cum urmează.

In faza de gaz, am identificat reacţii care contribuie la formarea de cantităţi importante de NO. Unele reacţii apar, şi altele dispar peste 10000 ppm de NO: există un echilibru între contribuţiile mari. Aratăm că contributiile globale ale acestor reacţii sunt importantă în zona flacării, dar în cele din urmă devine secundar la sfarsitul arderii. Cantitatile de NO termic care se formează sunt neglijabile.

Azotul din solide eliberat în timpul devolatilizării nu produce cantităţi detectabile de NO. NO generat de azot din solide este produs in cea mai mare parte prin reacţia de oxidare a reziduurilor de carbon. Cantitatea emisa la sfârşitul combustiei este aproape de 600ppm.

Reacţia de reducere a NO are o contribuţie importantă, deoarece le-a distrus mai mult de 100 ppm de NO la sfârşitul de combustie.

Am aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO. Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 ° C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste 350ppm. Mai important, contribuţiile diferitelor mecanisme se schimba. La 900 ° C, faza de gaz contribuie la producţia de NO în mod semnificativ în zona flacării, şi reduce cantitatea de NO la temperatură mai mică la 990 ° C, acesta oferă cantităţi de NO de ordinul 600 ppm în zona flacării, apoi se echilibreaza pentru productie globala zero atunci când temperatura scade. În plus, reducerea de NO pe carbune devine foarte importanta prin reducerea mai mult de 550ppm de NO. Creşterea temperaturii din reactorul influenţă astfel emisiilor de NO prin favorizarera participării a fazei gazoase mai mult ca la reducerea NO pe reziduu de carbon.

Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul acestei cercetari arată o reproductibilitate de anumite comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de amestec a arzatorului, între 20 ° C şi 50 ° C şi o crestere a consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin introducerea în cuptor de var calcinat, acesta compeseaza aceste pierderi. Fluxul de apă şi presiunea aerului injectat „spray” afectează nivelul de reducere a Nox, in timp ce creşterea în „spray” a presiunii aerului îmbunătăţeşte o reducere a Nox. Fluxul de apă injectat are o eficienţă optimă la aproximativ 500 L / h - 750 l / h. Nivelul emisiilor de NO înainte de injectare de apa este de asemenea important: NO-1000ppm cu injecţie de 500L / h va reduce emisiile cu 100 ppm, în timp ce 800ppm la aceeaşi injecţie va reduce doar 20 ppm.



Se recomanda o rată fixă de injectare de apă de 500 l / h la 6 bar = Asocierea cu un minim de aproximativ 800ppm NO. În medie, se va obţine o reducere de NOx de 10%, cu o penalizare de consum şi a fluxului de căldură cuptor de 2%.

Aplicarea măsurilor primare de denoxare, combinate cu injecţie de uree, au condus la o valoare a oxizilor de azot în gazele arse de sub 200mg/m3N, încadrându-se în prevederile legale în vigoare.

CAPITOLUL VII 7. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII DE

CERCETARE 7.1. Concluzii finale Pentru diminuarea oxizilor de azot din gazele arse se recomandă atât măsurile primare de

denoxare cât şi cele secundare. Măsurile primare de reducere a oxizilor de azot urmăresc scăderea simultană în zona de ardere,

atât a temperaturii cât şi a coeficientului excesului de aer. Măsurile primare se realizează prin metoda arderii în trepte.

Dacă prin aplicarea măsurilor primare de denoxare nu este posibil încadrarea în normele ecologice în vigoare se vor aplica procedeele secundare de denoxare (curăţire) a gazelor arse care au drept scop reţinerea (legarea) oxizilor de azot din gazele arse înainte ca ele să fie evacuate în atmosferă.

Cele mai multe emisii de CO2 si N2O produse de intreprinderile siderurgice ( cuptoarele cu flacara) se datoreaza proceselor de combustie. Emisiilor de CO2 sunt mult mai mari, iar cele de N2O sunt mult mai reduse fata de primele in industria siderurgica. Astfel, vedem ca activitatile care provoaca aparitia acestor agenti poluanti in combinatele mari sunt:

• Procesul de aglomerare din sinterizare, deoarece este necesara o mare cantitate de energie pentru topirea materialelor.

• Incalzirea camerelor bateriilor de cocs. • Procesul de cocsificare. • Productia de fonta bruta in cuptoarele de topire. • Procesul de producere a otelului din fonta bruta in otelarii pe baza oxigenului. Cuptoarele de topire reprezinta sursa celor mai multe emisii de CO2, urmate de bateriile de cocsare,

instalatiile de sinterizare si de cuptoarele ce utilizeaza oxigenul. Tehnologiile de reducere a oxidului de azot sunt comune pentru toate sectoarele studiate.

Metodologiile sunt clasificate in doua categorii: • Tehnologii primare, cum ar fi pre-combustia, schimbari operationale si schimbari in

instructiunile de combustie; • Tehnologii secundare, incluzand post-combustia gazelor din scurgeri sau tehnologii de

evacuare a NOx. În procesul de ardere a combustibililor în focare cea mai mare parte a sulfului existent în

combustibil se transformă în SO2 (circa 95% din sulf) iar restul în SO3, oxidarea sulfului având loc atât în flacără dacă excesul de aer este relativ mare cât şi pe traseul gazelor arse în prezenţa oxizilor de vanadiu sau chiar de fier care joacă rol de catalizator în special la temperaturi de peste 800°C.

Evacuat în atmosferă bioxidul de sulf (SO2) reacţionează în proporţie de l÷2‰/h cu oxigenul, sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete solare (ruv) formându-se anhidrida sulfuroasă (SO3).

Anhidrida sulfuroasă reacţionează cu vaporii de apă din atmosferă formând acidul sulfuric .



În perioadele de ceaţă şi atunci când umiditatea atmosferică este mare se atinge un grad de transformare de peste 15%.

Bioxidul de sulf este substanţă toxică caracterizat prin miros înţepător şi acţiune iritantă asupra mucoaselor, provocând spasm şi contracţia muşchilor căilor respiratorii, iar în concentraţii ridicate provoacă senzaţia de arsură asupra mucoaselor respiratorii şi conjunctivale, tuse, tulburări ale respiraţiei şi senzaţia de sufocare.

Aceste emisii pot fi reduse în general prin: • epurarea combustibililor în faza de precombustie sau arderea unor combustibili nesulfuroşi; • măsuri secundare care constau în desulfurarea postcombustie a produselor arderii (fumului),

prin diferite procedee tehnologice, înaintea evacuării gazelor arse în atmosferă. În vederea alegerii procedeului de desulfurare şi a proiectării unei instalaţii corespunzătoare

trebuiesc cunoscuţi o serie de parametri cum ar fi: • Debitul gazelor arse; • Conţinutul de SO2 în gazele arse; • Concentraţia altor componente gazoase cum ar fi: oxigenul, clorul, fluorul şi vaporii de apă; • Conţinutul de praf din gazele arse. Conţinutul de praf influenţează umiditatea precum şi

calitatea produselor finale rezultate din desulfurare, hotărând dacă aceste produse finale pot fi utilizate ca atare sau trebuie să fie şi ele neutralizate;

• Calitatea apei avută la dispoziţie. Calitatea apei va influenţa calitatea produsului final; • Temperatura gazelor arse; • Punctul de rouă al gazelor arse. Temperatura punctului de rouă şi a punctului de rouă acid

are un rol hotărâtor deoarece de ea depinde alegerea materialelor din instalaţie care sunt spălate de gazele arse;

• Calitatea absorbantului avut la dispoziţie (puritatea absorbantului, granulaţia, reactivitatea şi puterea de dizolvare a acestuia);

• Curba de sarcină a utilajului şi programul de funcţionare (porniri, opriri) fiind preferate utilajele cu funcţionare continuă;

• Posibilitatea evacuării unor ape reziduale ce conţin săruri. Dacă aceste ape nu pot fi evacuate aşa cum rezultă după desulfurarea gazelor arse (deoarece conţin cloruri, fluoruri, metale grele sau au un pH necorespunzător), este necesară tratarea lor ceea ce măreşte costul operaţiei de desulfurare deoarece trebuie prevăzută şi o staţie de epurare;

• Posibilităţi oferite de amplasamentul instalaţiei. Amplasamentul instalaţiei este important din punct de vedere a evacuării produselor finale şi auxiliare deoarece intervine costul transportului şi a comercializării sau a prelucrării ulterioare a acestora.

În afară de aceste date mai trebuie analizate şi posibilităţile de amplasare în spaţiu a instalaţiilor de desulfurare, posibilităţile de racordare la canalele de evacuare a gazelor arse, posibilităţile de depozitare a materiilor prime şi a produselor rezultate în urma desulfurării, situaţiile de defecţiuni ce pot apărea în funcţionare precum şi necesitatea respectării normelor privind nivelul maxim admis al zgomotelor şi vibraţiilor.

Oxizii de azot se formează în timpul arderii, formarea lor având loc în principal pe baza azotului din aer şi mai puţin pe baza azotului conţinut în combustibil.

Acest mecanism, spre deosebire de cel al formării oxizilor de sulf, poate fi controlat şi diminuat prin măsuri primare adecvate procesului de ardere.

Reducerea procentului oxizilor de azot evacuat în atmosferă cu gazele arse până la nivelul admis de legislaţia în vigoare se poate realiza prin două moduri:



• controlul mecanismului de formare a oxizilor de azot (în special NO) în focar prin măsuri primare;

• curăţirea gazelor arse de oxizi de azot prin măsuri secundare. În condiţiile economice existente în România, se consideră că metodele primare (de prevenire sau

reducere a procesului de formare a monoxidului de azot în focar) sunt mai economic de aplicat în actuala etapă.

Principalii factori care influenţează mecanismele de formare a monoxidului de azot în focar sunt:

• parametrii de ardere (temperatura, concentraţia oxigenului în zona de ardere şi timpul de staţionare);

• proprietăţile combustibilului (puterea calorifică, conţinutul de azot din combustibil şi conţinutul de materii volatile). Un alt factor care influenţează formarea de NO termic este timpul de reacţie, reacţia decurgând

în general lent. Dacă se reuşeşte scoaterea rapidă a reactanţilor din zona de reacţie, înainte de a se atinge echilibrul şi trecerea acestora într-o zonă cu temperatură mai scăzută, va rezulta mai puţin monoxid de azot termic, decât dacă acesta s-ar forma în mod obişnuit la temperatura de ardere.

Faţă de cele prezentate mai sus se pot trage următoarele concluzii: • formarea monoxidului de azot termic va fi preponderent acolo unde temperatura de ardere este

de peste 1300°C; • în focarele cu încărcare termică ridicată se va forma mai mult monoxid de azot termic, decât în

cele cu încărcare termică scăzută datorită temperaturii de ardere ridicate; • dacă o flacără este răcită rapid, nu se atinge echilibrul pentru reacţia de formare a monoxidului

de azot termic. Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul



În cazul măsurătorilor of-line există posibilitatea ca prin păstrarea probei prelevate un anumit interval de timp să se favorizeze formarea unei cantităţi suplimentare de noxă (de exemplu protoxid de azot - N2O), formată suplimentar, fiind mult mai mare de cât cea existentă în proba iniţială. Pentru astfel de noxe analiza trebuie făcută imediat chiar la locul prelevării probei

Importanţa tehnicii de măsurare directe a probei proaspete, nealterate, se va evidenţia prin exemplificarea erorii de măsurare, înregistrată cu ocazia primelor măsurători ale concentraţiei gazului luat in studiu.

Combustibilii utilizati in cercetarea experimentala sunt de tip gazos CH4 (pentru aprinderea, amorsarea arderii arzatorului) si solizi de tip cocs Asland pulverulent ce se injecteaza in arzator.

Calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care este fixată la valoarea de 25°C.

Emisiile de NO într-un precalciner de ciment se datorează în principal azotului din combustibil. Acest azot din solide va fi eliberat în timpul devolatilizării şi oxidarii reziduurilor de carbon sub formă de HCN, NH3, N2, NO, şi N2O. Distribuţia de azot între solide şi gaze în timpul devolatilizării şi diferite specii de azot generate, şi evolutia azotului rămas în solide sunt de obicei reprezentate într-o



formă arborescenta. Factorii care stabilesc distribuţia în fiecare ramură sunt dati pentru cărbune în literatura de specialitate.

Specii de azot generate în timpul devolatilizării şi oxidari carbunelui vor reacţiona în faza de gaz care utilizează un număr mare de reacţii.

NO este implicat în reacţii în faza eterogena cu carbon solid: el este redus pentru a forma N2, CO şi CO2. Aceasta este o reacţie importantă în mecanismele de distrugere a NO.

O reacţie similară se produce cu N2O. Reducerea de NO pe carbune este stabilită în două regimuri, în funcţie de temperatura, cu energii de activare diferite;

• Constantele cinetice de la reacţia de reducere a NO pe reziduu carbonic în literatura de specialitate sunt răspândite pe scară largă;

• Creşterea "duritatii" de tratare termică a reziduurilor de carbon determină reacţia lentă de reducere a NO şi N2O pe reziduuri de carbon. Concentraţiile de poluanţi (SO2 şi NO) în timpul combustiei, variază de la unul cocs la altul în

proporţii semnificative: de la 1728 la 4839 ppm SO2, şi 216 la 644ppm de NO (3% în daf O2). În prezent, în conformitate cu literatura de specialitate, caracteristicile combustibililor care provoacă astfel de diferenţe in emisiile nu sunt bine cunoscute.

Un rezultat important al acestei cercetări este faptul că emisiile de NO nu au fost corelate cu rata azotului natural din combustibili. Emisiile de NO, cu toate acestea, sunt corelate cu viteza de ardere a cocsului în reactorul cu flux antrenat. Putem atribui creşterea emisiilor de NO cu cresterea temperaturii. Această abordare arată de asemenea că AGT poate fi estimat cu precizie scăzută la viteza de ardere in conditiile precalcinerului. Reiese corelaţia (r2 = 0,45) între vitezele de ardere în ambele dispozitive.

Sulful este recunoscut în literatura de specialitate pentru implicarea în chimia NO, este iniţial în stare solidă sau gazoasă (SO2). Din cercetarile facute corelatia că emisiile de SO2 sunt proporţionale cu rata sulfului natural din combustibili. Prin intermediul emisiilor NO din cocs din petrol, aratăm că rata de sulf din solid are o influenţă redusă asupra emisiilor de NO la ieşirea din reactor. Cu toate acestea, o tendinţă pare să indice că emisiile de NO sunt chiar mai mici decât rata de sulf care este mare. Experienţele specifice de dopaj in sulf în formă solidă şi forma de gaz nu au relevat reduceri semnificative ale emisiilor de NO. Câteva consideraţii ne-a condus să afirmam că interacţiunea dintre sulf şi NO are loc în strat de gaz din jurul fiecarei particule.

Într-o a doua abordare, am dezvoltat un model termice şi chimice detaliat, care să permită simularea numerică de ardere efectuata în condiţiile reactorului cu flux antrenat. Acest model descrie toate reacţiile chimice, luând în considerare transferul de căldură şi speciile chimice.

Din experimentele de piroliză a cocsului în RFE, am determinat parametrii cineticii de devolatilizare. Am identificat, de asemenea, soarta factorii de azot din combustibil în timpul devolatilizării, cu o marjă mică de eroare. Din experimentele de ardere a cocsului, am determinat factorii legati de oxidarea reziduurilor de carbon, caz în care, fiecare factor nu a putut fi determinat cu un gradul ridicat de incertitudine.

Odata ce toţi parametrii sunt determinati, am putut simula arderea cocsului Asland, prin implicarea tuturor fenomenelor. Analiza reacţiilor principale, "suport termic" de combustie, este următoarea. Se constată că temperatura creşte la 1060 °C în zona de flacără, apoi coboară la temperatura cuptorului. În zona de temperatură înaltă, devolatilizărea are loc, şi oxidarea reziduurilor de carbon începe. Cea din urmă se va intampla mai lent. În timpul acestei faze, concentraţia de oxigen de la suprafaţa particulei este foarte aproape de cea a mediului gazos. Am arătat că oxigenul patrunde bine în particule. Reacţia este limitată de cinetica chimica de oxidare a reziduurilor de carbon.



Analiza care ne permite să modelam diversele contribuţii pentru formarea de 530ppm de NO de la sfârşitul combustie este după cum urmează.

In faza de gaz, am identificat reacţii care contribuie la formarea de cantităţi importante de NO. Unele reacţii apar, şi altele dispar peste 10000ppm de NO: există un echilibru între contribuţiile mari. Aratăm că contributiile globale ale acestor reacţii sunt importantă în zona flacării, dar în cele din urmă devine secundar la sfarsitul arderii. Cantitatile de NO termic care se formează sunt neglijabile.

Azotul din solide eliberat în timpul devolatilizării nu produce cantităţi detectabile de NO. NO generat de azot din solide este produs in cea mai mare parte prin reacţia de oxidare a reziduurilor de carbon. Cantitatea de emisie la sfârşitul combustiei este aproape de 600ppm.

Reacţia de reducere a NO are o contribuţie importantă, deoarece le-a distrus mai mult de 100 ppm de NO la sfârşitul de combustie.

S-a aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO. Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 °C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste 350ppm. Mai important, contribuţiile diferitelor mecanisme se schimba. La 900 °C, faza de gaz contribuie la producţia de NO în mod semnificativ în zona flacării, şi reduce cantitatea de NO la temperatură mai mică la 990 °C, acesta oferă cantităţi de NO de ordinul 600 ppm în zona flacării, apoi se echilibreaza pentru productie globala zero atunci când temperatura scade. În plus, reducerea de NO pe carbune devine foarte importanta prin reducerea mai mult de 550ppm de NO. Creşterea temperaturii din reactorul influenţă astfel emisiilor de NO prin favorizarera participării a fazei gazoase mai mult ca la reducerea NO pe reziduu de carbon.

Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul acestui studiu arată o reproductibilitate de anumite comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de amestec a arzatorului, între 20 °C şi 50 °C şi a crescut consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin introducerea în cuptor de var calcinat, acesta compeseaza aceste pierderi. Fluxul de apă şi presiunea aerului injectat spray afectează atât nivelul de reducere a NOx, in timp ce creşterea în spray a presiunii aerului îmbunătăţeşte de reducere a NOx, fluxul de apă injectat are o eficienţă optimă la aproximativ 500 L / h - 750 l / h. Nivelul emisiilor de NO înainte de injectare de apa este de asemenea important: NO-1000ppm cu injecţie de 500L / h va reduce emisiile cu 100 ppm, în timp ce 800ppm la aceeaşi injecţie va reduce doar 20 ppm.

7.2. Contribuţii personale Prin studiile şi cercetările efectuate s-a urmarit îmbunătăţirea unor parametri de funcţionare a

cuptoarelor cu flacara din industria cimentului, care pot fi aplicate si cuptoarelor de topire si incalzire din industria metalurgica în vederea ecologizării lor.

Studiile si cercetarile privind diminuarea noxelor prin imbunatatirea parametrilor de functionare sau concretizat in;

CO poate fi oxidat in CO2 prin reacţie eterogene cu calcar, dar, de asemenea, în fază de gaz plecand de la radicali H şi OH. Acesti radicali sunt parţial consumati de sulful din solide, reacţia de oxidare a CO a CO2 fiind încetinită.

Concentraţia de CO este mai mare în prezenţa de sulf. Această concentraţie mai mare de CO va spori reactia de reducere a NO cu carbon solid. Mai mult decât atât, această reacţie va produce CO, care ajuta de fapt reactiile prezente. Pe de altă parte, SO2 catalizeaza reacţia de reducerea a NO la N2O. Astfel, în prezenţa de sulf, concentraţia de NO este redusa.

Principalele puncte în ceea ce priveşte formarea şi distrugerea de NO sunt: • Când creşte temperatura din reactor (până la aproximativ 1100K), conversia azotului din



combustibil in NO creşte, în timp ce N scade în N2O, dincolo de aceasta temperatura, conversia N in NO scade ; • În cazul în care concentraţia de NO creşte, N2O este, de asemenea în creştere; • Rangul cărbune nu are nici o influenţă clară asupra emisiilor de oxizi de azot; • Minerale au efect catalizator asupra emisiilor de NO şi N2O;

Efectul suprafeţei specifice, nu este clar: se pare că emisiile de NO sunt invers corelate cu suprafaţa carbunelui.

În cazul proiectării unei instalaţii de ardere, calculul se efectuează conform ecuaţiei de bilanţ material, pe baza compoziţiei elementare, respectiv a compoziţiei volumice a combustibilului, aplicându-se ecuaţiile stoichiometrice de reacţie dintre componentele combustibile şi oxigenul din aerul atmosferic.

La determinarea prin analiza gazelor arse a componentelor CO şi CH4 (în gazele arse) se va proceda la reglarea coeficientului de exces de aer până la valoarea optimă astfel încât să nu existe noxe în gazele arse evacuate la coş şi nici un volum de oxigen în fum mai mare de 2÷3%, care este considerat optim atât din punct de vedere a funcţionării utilajului cu un randament maxim cât şi din punct de vedere a noxelor evacuate pe coş.

S-a aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO. Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 °C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste 350ppm.

Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul arată o reproductibilitate de anumite comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de amestec a arzatorului, între 20 °C şi 50 °C şi a crescut consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin introducerea în cuptor de var calcinat, acesta compeseaza aceste pierderi.

Se recomanda o rată fixă de injectare de apă de 500 l / h la 6 bar = Asocierea cu un minim de aproximativ 800ppm NO.

În medie, se va obţine o reducere de NOx de 10%, cu o penalizare de consum şi a fluxului de căldură cuptor de 2%.

Aplicarea măsurilor primare de denoxare, combinate cu injecţie de uree, au condus la o valoare a oxizilor de azot în gazele arse de sub 200mg/m3N, încadrându-se în prevederile legale în vigoare.

S-a proiectat instalatia de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru cuptorul cu flacara de la Lafarge Hoghiz Romania - Sistem de reducere noncatalitica selectiva , a oxizilor de azot .

In vederea montarii echipamentelor de monitorizare am proiectat si s-au executat urmatoarele constructii metalice :

- structura metalica de inaltare cu platfoma in partea superioara cu platforma in partea superioara ( diomensiuni minime platforma 4x4 m ) pentru amplasare cabina izoterma ( cota platforma + 10 m fata de cota de referinta greutate estimate cabina 1500 kg, dimeniuni cabina l x L x H : 2x2,5x2,3 m ) Cota de referinta este nivelul de referinta acoperisului existent ( aproximatic + 38 m fata de sol );

Pentru amplasarea echipamentelor de pe cos au fost proiectate si realizate urmatoarele : - La nivelul primei platforme, la cota +12,8 m fata de cota referinta :

flansa pentru traductor temperatira, flansa pentru traductor presiune, flansa pentru emitor, flansa pentru receptor, suport pentru sursa alimentare emitor , flansa pentru sonda oxigen si flansa pentru analizor de hidrocarburi totale

- La nivelul celei de-a doua platforme ( existente ) la cota + 22,5 m fata de cota de referinta :



doua flanse pentru debitmetru DFL 100 ( Ø = 130 mm ) , traductor presiune absoluta fixat in capatul sondei debitmetrului, rezervor tampon pentru purjare sonda debitmetru ;

7.3 Direcţii de cercetare Problema ecologizării cuptoarelor cu flacara rămâne o problemă deschisă, mai ales pentru cele

vechi. În domeniului metalurgiei direcţiile de cercetare cuprind toată problematica de mediu specifică

acestui sector: • Sectorul metalurgiei feroase, furnale de tratare cu reincălzire şi încălzire, • Sectorul metalurgiei neferoase

Cele mai importante probleme de mediu întâlnite în producţia celor mai multe metale neferoase obţinute din materiile prime le constituie concentraţiile de emisii în aer şi praf şi ai compuşilor metalici şi ai dioxidului de sulf, rezultaţi în urma activităţilor de topire - turnare sau folosirii combustibililor pe bază de sulf sau altor materiale.

Lucrari publicate:

1. Bancila, C, Dragomir, A, Popescu, R., M., Candea, N., V., Ploscariu, C., Proposed

technological measures to decrease progressive emissions of sulphur dioxide, nitrogen oxide and dust from CET Brasov over Brasov atmosphere, International Conference on Materials, Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania

2. Bancila, C, Popescu, R., M., Candea, V., N., Moraru, C., G., Research on impoving the functional parameters of the thermal heating equipment in the metallurgical industry, 7th International Conference on Materials Science and Engineering, BRAMAT 2011, 24-26 februarie, Brasov, Romania

3. Bancila, C., Machedon, P., T., Research regarding the influence of the quantity of urea inside the flame oven in order to reduce emissions, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

4. Bancila, C., Machedon, P., T., Emissions analysis for cement flame kilns, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

5. Bancila, C., Machedon, P., T., Installation for emissions reduction, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

6. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., Environmental impact of using fly ash, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 233-239

7. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., The use of fly ash for road construction and similar projects, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 239-245

8. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I,Carstea, M., P., Bancila C, Equipment to capturing fly ash particles in electrofilters area from CET Brasov, Revista Metalurgia International nr.2, 2009, ISSN 1582-2214, pg. 203-207

9. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Bancila, C., Carstea, M., P., Research on determi ning the hydraulic activity of ashes from thermoelectric power station, Bulgarian

10. Ploscariu, C., Popescu, R.,M., Marmandiu A., M., Carstea, M., P., Bancila C., Reliability and wearing resistance of breaker jaws , International Conference on Materials, Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania



11. Ploscariu, C., Bancila C., Dragomir, A., Popescu, R.,M, Stresses within welded frames from main structure of omanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.289-293

12. Ploscariu, C., Bancila, C., A.Dragomir, R.M. Popescu, Section and welded joint checking from main structure of romanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.293-297

Bibliografie selectiva

1. Aarna, I., Suuberg, E., A review of the kinetics of the nitric oxide-carbon reaction, FUEL, Vol 76, N°6,

2. Arrenillas, A., Rubiera, F., Pis, J.J., The effect of the textural properties of bituminous coal chars on NO emissions, Fuel, Vol 78, PP 1779/1785, 1999

3. Arthur, J.R., Reactions between carbon and oxygen, Trans. Faraday Soc., Vol 47, PP164/178, 1951

4. Ashman, P.J., Haynes, B.S., Nicholls, P.M., Nelson, P.F., Interactions of gaseous NO with char during the low temperature oxidation of coal chars, 28th Symposium International on Combustion, The Combustion Institute, PP2171/2179, 2000,

5. Baxter, L.L., Mitchell, R.E., Fletcher, T.H., Hurt, R.H., Nitrogen release during coal combustion, Energy & Fuels, Vol 10, PP188/196, 1996

6. Bicocchi, S., Les polluants et les techniques d’épuration des fumées, Association RE.CO.R.D, Lavoisier Tec & Doc, 1998

7. Blair, D.W., Wendt, J.O.L., Bartok, W., Evolution of nitrogen and other species during controlled pyrolysis of coal, 16th International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PP475/489, 1977

8. Bancila, C, Dragomir, A, Popescu, R., M., Candea, N., V., Ploscariu, C., Proposed technological measures to decrease progressive emissions of sulphur dioxide, nitrogen oxide and dust from CET Brasov over Brasov atmosphere, International Conference on Materials, Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania

9. Bancila, C, Popescu, R., M., Candea, V., N., Moraru, C., G., Research on impoving the functional parameters of the thermal heating equipment in the metallurgical industry, 7th International Conference on Materials Science and Engineering, BRAMAT 2011, 24-26 februarie, Brasov, Romania

10. Bancila, C., Machedon, P., T., Research regarding the influence of the quantity of urea inside the flame oven in order to reduce emissions, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

11. Bancila, C., Machedon, P., T., Emissions analysis for cement flame kilns, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

12. Bancila, C., Machedon, P., T., Installation for emissions reduction, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579

13. Catana, D., Dinescu, I., Eftimie, L., Tehnologia materialelor, Tehnologii Industriale, Ed. Universitatii Transilvania Brasov, 1999, vol. III, ISBN 973-94-74-38-1

14. Chambrion, P., Kyotani, T., Tomita, A., C-NO reaction in the presence of O2, 27th International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PP3053/3059, 1998



15. Commandré, J-M., Salvador, S., Charnay, G., Formation et réduction des NOx lors de la combustion de cokes hautement soufrés, SFGP - 8° Congrès Francophone de Génie des Procédés - Pour la Performance et la Connaissance, Nancy, France, 17-19 octobre 2001

16. Dima, A., Agregate şi Instalaţii Termice-Metalurgice, vol I, II, Institutul Politehnic Iaşi, Ed. Sedcom Libris, Iasi, 1997, ISBN 973-97241-9-1

17. Guo, F., Hecker, W., Kinetics of NO reduction by char : Effects of coal rank, 27th International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PP3085/3092, 1998

18. Hakkarainen, T., Mikkola, E., Laperre, J., et al., Smoke gas analysis by Fourier transform infrared spectroscopy – Summary of the SAFIR project results, Fire and Materials, N°24, PP101-112, 2000

19. Ionel, I., Genesis of the nitrous oxide formation during the SNCR of the flue jas, by using ammonia as reducing agent, Energetica, seria A, nr.5, 1994, p.229÷234

20. Ianculescu, S., Adler, S., Principii de mediu din România, Energetica, seria A, nr.5, 1994, p.216÷228.

21. Jabouille, F., Contribution à l’étude des facteurs d’émissions des oxydes d’azote lors de l’incinération de déchets ménagers, Thèse de doctorat, Université de Poitiers, 19 Janvier 1996

22. Jensen, L.S., Jannerup, H.E., Glarborg, P., Jensen, A., Dam-Johansen, K., Experimental investigation of NO from pulverised char combustion, 28th Symposium International on Combustion, The Combustion Institute, PP2271/2278, 2000

23. Johnsson, J.E., Formation and reduction of nitrogen oxides in fluidized-bed combustion, Fuel, Vol 73, N°9, PP1398/1415, 1994

24. Kudryavtsev, N.Y., Klimenko, V.V., Prokhorov, V.B., Snytin, S.Y., Prospects for reducing sulfur oxide emissions from fossil fuel combustion, Thermal Engineering, Vol 42, 95-101, 1995

25. Laurendeau, N.M., Heterogeneous kinetics of coal char gasification and combustion, Prog. Energy Combust. Sci., Vol 4, PP221/270, 1978

26. Lazaro, M.J., Ibarra, J.V., Moliner, R., Gonzalez de Andres, A., Thomas, K.M., The release of nitrogen during the combustion of coal chars : the role of volatile matter and surface area, Fuel, Vol 75, N°8, PP1014/1024, 1996

27. Lazaroiu, Gh., Solutii moderne de depoluare a aerului, Ed. Agir, Bucuresti, 2006, ISBN 973-720-053-5

28. Lea.P., Oxydes of Nitrogen and ozone : can our plants survive, New Phytol., Vol 139, PP25/26, 1998

29. Levine, J.S., The global atmospheric budget of Nitrous Oxides and supplement : global change: atmospheric and climatic, 5th International Workshop on Nitrous Oxide emissions NIRE/IFP/EPA/SCEJ, Tsukuba, Japan, 1992.

30. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., Environmental impact of using fly ash, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 233-239

31. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., The use of fly ash for road construction and similar projects, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 239-245



32. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I,Carstea, M., P., Bancila C, Equipment to capturing fly ash particles in electrofilters area from CET Brasov, Revista Metalurgia International nr.2, 2009, ISSN 1582-2214, pg. 203-207

33. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Bancila, C., Carstea, M., P., Research on determi ning the hydraulic activity of ashes from thermoelectric power station, Bulgarian Journal for Engineering Design, nr.4, 2010, ISSN 1313-7530, pg. 112-116

34. Nicolae, M., s.a., Operationalizarea unui ecobilant in industria materialelor feroase, Ed, Printech, 2008, ISBN 978-606-521-042-4

35. Ploscariu, C., Popescu, R.,M., Marmandiu A., M., Carstea, M., P., Bancila C., Reliability and wearing resistance of breaker jaws , International Conference on Materials, Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania

36. Ploscariu, C., Bancila C., Dragomir, A., Popescu, R.,M, Stresses within welded frames from main structure of omanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.289-293

37. Ploscariu, C., Bancila, C., A.Dragomir, R.M. Popescu, Section and welded joint checking from main structure of romanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.293-297

38. Senchetru, D., Contributii la sudarea in spatii inchise, limitate, cu impact asupra sanatatii, securitatii si a mediului de munca a lucratorului, Teza de doctorat, Brasov, 2008, cond.stiintific prof.univ.dr.ing. Popescu R. M., pg. 86-99



REZUMAT

Societatea contemporană este caracterizată de creşterea economică bazată în cea mai mare parte pe resurse energetice neregenerabile şi pe relaţii care au ca scop profitul imediat. Din activităţile industriale rezultă reziduuri care se acumulează în cantităţi mari, astfel încât acestea nu se mai integrează în natură şi provoacă alterarea factorilor de mediu.

Cuptoarele de topire reprezintă sursa celor mai multe emisii de CO2 şi NOx. Teza urmăreşte diminuarea şi înlăturarea noxelor produse prin arderea

cumbustibililor la cuptoarele industriale cu flacără, utilizând diferite substanţe chimice în focare prin utilizarea unor arzătoare şi injectoare specializate.

Cercetarea întreprinsă a rezolvat problemele propuse cu valorificarea la maxim a ansamblului de date experimentale şi reducerea la minim a erorilor de măsurare.

ABSTRACT Contemporary society is characterized by economic growth based mostly on non-

renewable energy resources and relationships aimed at immediate profit. Residues resulting from industrial activities that accumulate in large quantities so

that they no longer fit into nature and causes environmental alteration. Melting furnaces is the source of most emissions of CO2 and NOx. The thesis aims at reducing and removing pollutants produced by produced by

fuel combustion in industrial furnaces with flame using different chemicals in outbreaks by using specialized burners and injectors.

The conducted research solved the proposed problems by full recovering of experimental data and minimizing measurement errors.



Curriculum vitae Europass

Informaţii personale

Nume / Prenume

Adresă(e) Str. Lamiitei nr. 115,Brasov,Romania Telefon(oane) Mobil: (+40) 0747121313

E-mail(uri) [email protected] Naţionalitate(-tăţi) Romana

Data naşterii 25.06.1974 Sex Masculin

Locul de muncă vizat APM Brasov, Director executiv Experienţa profesională

Perioada 2000- 2001 Funcţia sau postul ocupat Inginer tehnolog

Numele şi adresa angajatorului SC SA Rulmentu Brasov Tipul activităţii sau sectorul de activitate Industriale

Perioada 2001 - 2009 Funcţia sau postul ocupat Inspector ecolog, auditor de mediu, consilier principal, functionar public

Numele şi adresa angajatorului APM Brasov Perioada 2009 - prezent

Funcţia sau postul ocupat Director executiv Numele şi adresa angajatorului APM Brasov

Educaţie şi formare

Perioada 1995 - 2000 Calificarea / diploma obţinută Inginer,

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de formare

Facultatea SIM, Turnarea metalelor, Universitatea Transilvania Brasov din Brasov

Perioada 2005 -2007 Calificarea / diploma obţinută Masterand,

Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de formare

Universitatea Transilvania Brasov din Brasov, Fac. SIM, Ingineria sudarii

Perioada 2006 – 2007, Curs de Sisteme de management al calitatii si mediului 2007 – 2008 , Curs de perfectionare si instruire in domeniul apei si tehnologii de reciclare avansata.

2007 – 2011 Doctorand, Universitatea Transilvania Brasov din Brasov, Fac. SIM, Ingineria materialelori

Competenţe şi aptitudini tehnice Expert in implementarea si aplicarea a acquis-ul de mediu accentuat pe protectia naturii



Curriculum vitae Europass

Personal information

Name/surname

Adres Str. Lamiitei nr. 115,Brasov,Romania Telephon Mobil: (+40) 0747121313

E-mail [email protected] Nationality Romana Birth date 25.06.1974

Sex Masculin Desired employer APM Brasov, Executiv director Work experience

Dates 2000- 2001 Position held engineer

Name of employer SC SA Rulmentu Brasov Type of activities industries

Dates 2001 - 2009 Position held inspector

Name of employer APM Brasov Dates 2009 - prezent

Position held Executiv director Name of employer APM Brasov

Educaţie şi formare

Dates 1995 - 2000 Calification Engineer

Name of institution SIM Faculty, Casting of metals, Universitatea Transilvania Brasov din Brasov Dates 2005 -2007

Calification Master, Name of institution Universitatea Transilvania Brasov din Brasov, SIM faculty, Welding engineeri

dates 2006 – 2007, Implementation of quality management 2007 – 2008 , Curs Training in water and advanced treatment technologies for the recycling.

2007 – 2011 Phd student at SIM Faculty Competences Research on coal grinding mils to nincrease realinility of power plants nand

for environmental pollution

Documents

BancilaCiprianMarius-Cuptoare Cu Flacara OK