Upload
nariko
View
78
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
KTU ŠILUMOS IR ATOMO ENERGETIKOS KATEDRA. Išmetimai kurą deginančių įrenginių, bei geriausi prieinami gamybos būdai (GPGB) Dr., doc. Kęstutis Buinevičius 8- 698-30201. ES reikalavimai taršai → ES direktyvoje 2001/80/EC 2001m. spalio 23d. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
KTU
ŠILUMOS IR ATOMO ENERGETIKOS KATEDRA
Išmetimai kurą deginančių įrenginių, bei geriausi prieinami gamybos būdai
(GPGB)
Dr., doc. Kęstutis Buinevičius8- 698-30201
ES reikalavimai taršai → ES direktyvoje 2001/80/EC 2001m. spalio 23d.
ES direktyvos įgyvendinimą Lietuvoje reglamentuoja
→ LAND 43-2001 - kurą deginantiems stacionariems įrenginiams
→ IŠMETAMŲ TERŠALŲ IŠ DIDELIŲ KURĄ DEGINANČIŲ ĮRENGINIŲ NORMOS
- tik kurą deginantiems energijai gaminti įrenginiams,
Esamas kurą deginantis įrenginys - leidimas statyti iki 1998.07.01
Naujas kurą deginantis įrenginys – leidimas statyti po 1998.07.01
GERIAUSIPRIEINAMIGAMYBOS
BŪDAIGPGB
GPGB - ne paskutiniai mokslo pasiekimai, o patikrinti praktikoje su rekomendaciniu taikymo pobūdžiu naudojamos Europos ir pasaulio pramonės įmonėse švaresnės gamybos technologijos ir gamybos principai, kurie mažiausiai teršia aplinką, yra ekonomiškai ir techniškai įgyvendinami
GPGB toks būdas, kuris mažiausiai teršia aplinką, ekonomiškai ir techniškai įgyvendinamas.
GPGB ir investicijos:* Santykinai mažos: vadybos principai, chemikalų, medžiagų pakeitimai, technologijų koregavimas* Didelės: nauja įranga, įrangos modernizacija
Išmetimai į orą
Deginant dujas / Deginant mazutą
NOx, SO2, KD
Triukšmo šaltinių analizė
Šiluminis efektyvumas
Monitoringo sistemos
Atliekų susidarymo analizė
Avarijų prevencija
Teršalai iš medžiagų saugojimo vietų
Priemonės Kaštai
05-2003
Numatomi TIPK įgyvendinimo etapai,
01-2003
10-2007
04-2003 12-2006 10-2007
TIPK leidimų taikant GPGBišdavimas
Parengti GPGB informacinių dokumentų anotacijas cemento ir kalkių, stiklo, popieriaus ir celiuliozės, tekstilės pramonės šakoms
GPGB informaciniųdokumentų anotacijų rengimas1-ojo priedo
įrenginių sąrašotikslinimas
Organizuoti specialių techninių darbo grupių, kurios dalyvaus GPGB informacinių dokumentų anotacijų, atitinkamiems pramonės sektoriams, rengime, sudarymą
06-200405-2003
02-2004 06-2004 12-2005
Parengtipasirinktoms pramonės įmonėms TIPK paraiškų ir leidimų projektus
TIPK leidimai – visiems TIPKtaisyklių 1 priedo įrenginiams
01-2004
D.Mažūnaitė, AAA
BENDRI TERŠALŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO PRINCIPAI
Taršą mažinančios priemonės gali būti suskirstytos į - pirmines ir antrines.
Pirminės priemonės tai priemonės, kuriomis mažinamas teršalų susidarymas degimo metu
Su degimu susijusios priemonės:
galingumo mažinimas;
degiklių modifikacijos;
degimo kūrykloje modifikacijos;
oro ir kuro modifikacijos (deginimo būdo keitimas, dūmų recirkuliacija, skirtingas kuro oro maišymas, kuro rūšių maišymas, kuro paruošimas).
priedai, naudojami degimo proceso pagerinimui
kuro naudojimo pricipo keitimas - gazifikacija, pirolizė
Antrinės priemonės - „vamzdžio galo“ priemonės, teršalų gaudymas, dūmų valymas
ANGLIES MONOKSIDAS
CO ir nesudegę angliavandeniliai į aplinką išmetami dėl nepilno sudegimo, kurio
priežastimis gali būti:
per žema degimo temperatūra dėl liepsnos atšaldymo;
per trumpas išbuvimo laikas degimo zonoje;
oro trūkumas arba didelis perteklius
blogas kuro ir degimo oro sumaišymas, dėl ko atsiranda deguonies trūkumo zonos .
Efektyvus šių problemų sprendimas dažniausiai užtikrina mažesnius CO ir nesudegusių
angliavandenilių išmetimų kiekius.
CO susidarymo priklausomybė tokia pat kaip suodžių ir kitų nepilno degimo produktų
Būdinga problema - CO susidarymo priklausomybė lygiai priešinga negu Nox - kuo daugiau CO, tuo mažiau NOx
DULKĖS IR KIETOSIOS DALELĖS
Kietosios dalelės susidaro: iš kuro nedegios dalies ir suodžių
Nuo degimo metodo labai priklauso pelenų dalis, kuri bus išnešama kartu su dūmais. Pvz., katiluose su judančiu ardynu mažiau lakiųjų pelenų (20 – 40 % bendro pelenų kiekio), fakelinio degimo katiluose žymiai daugiau (80 – 90 %).
Deginant skystą kurą, susidaro iš kure esančių nedegių priemaišų, nesudegusios kuro anglies, suodžių, liepsnoje pasigaminusių kietų sieros junginių, degimo oro dulkių. Mazuto degimo dujose apie pusė pagal svorį dalelių gali būti mažesnių už 1 μm,
Deginant gamtines dujas, kietųjų dalelių praktiškai nesusidaro. Jų atsiradimo priežastimi gali būti suodžiai ir degimo oro dulkės.
Kietųjų dalelių išmetimų valymo technologijos yra labai efektyvios, galima pasiekti didesnį nei 99,8 % efektyvumą. Mažoms dalelėms sugaudymo efektyvumas nukrenta iki 95 – 98 %.
SUNKIEJI METALAI
Sunkieji metalai yra natūrali kuro dalis. Daugelis sunkiųjų metalų (As. Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Zn, V) išmetami kartu su kietosiomis dalelėmis oksidų, chloridų ar pan. junginių formoje. Tik Hg ir Se yra išmetami dalinai garų fazėje.
Anglyje esantis sunkiųjų metalų kiekis paprastai yra kelis kartus didesnis nei mazute (išskyrus didesnius Ni ir V kiekius kartais aptinkamus sunkiajame mazute) ar gamtinėse dujose. Sunkiųjų metalų junginių išgaravimo lygis priklauso nuo kuro (pvz., koncentracija anglyje, neorganinių junginių dalis) ir naudojamos technologijos savybių (pvz., katilo tipas, veikimo režimas).
PATVARIEJI ORGANINIAI TERŠALAI (POT)
Į aplinką išmetami policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (angl. PAH),
polychlorodibenzodioksinai (PCDD) ir polychlorodibenzofuranai (PCDF).
PCDD ir PCDF molekulės nėra labai lakios, todėl jas adsorbavus ant kietųjų dalelių susidaro
labai termiškai ir chemiškai patvarūs junginiai. Šios medžiagos skyla tik maždaug 1000 C ir
aukštesnėje temperatūroje.
Šios medžiagos gali būti randamos ir kietose degimo atliekose (pelenai, šlakas ir kt.).
REIKALAVIMAI KIETŲJŲ DALELIŲ KONCENTRACIJAI
5-205050200> 500
MW
300 – 500 MW
5 – 25
300
100 – 300 MW
5 – 30
100100
100
40050 – 100
MW
Kietas kuras
5 – 20> 300
MW
5 – 25100 –
300 MW
5 – 20
501)501)501)100
50 – 100 MW
Skystas kuras
555520Dujinis kuras
Modernizuoti esami katilai
Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01)
2001/80/ECLietuvos normos
2001/80/ECLietuvos normos
GPGB išmetimų
lygiai, 2007 m. spalio 31
d.
Po 2008 m. sausio 1 d.Iki 2008m. sausio 1 d.Kuras ir šiluminė galia, MW
5 – 25
50
KIETŲJŲ DALELIŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI
Elektrostatiai filtrai
Dalelių sugaudymo būdai
Rankoviniai filtrai
Šlapi skruberiai
Sausi elektrostatiai filtrai
Šlapi elektrostatiniai filtrai
V idinis išspaustas
Išorinis įspaustas
Venturi skruberis
Verdančio sluoksnio skruberis
Kombinuotas SO 2 /dalelių
Karšti filtrai
Šalti filtrai
R eversinis
Nupurtomas
Pulsuojančio srauto
Š lapias kalkių/ p elenų
skruberis
Šlapias klinčių/pelenų
skruberis
Nomex filtrai
S tiklo pluošto filtrai
T eflono filtrai
Ryton filtrai
Kit i medžiag iniai filtrai
SIEROS OKSIDAI
Deginant kurą, jame esanti siera oksiduojasi. 99 – 97 % sieros oksidų išsiskiria SO2
pavidale, SO3 sudaro 1 – 3 %. Kure esantys V, Ni metalai turi katalitinių savybių,
spartinančių SO3 susidarymą, todėl didėjant šių metalų kiekiui kure, didėja SO3
kiekis.
Sieros SO3 yra adsorbuojamas ant kietųjų dalelių ir didina jų rūgštingumą (sudaro
rūgščius suodžius), sieros dioksidas ore ir dirvožemyje reaguoja su vandeniu, sudarydamas sieros rūgštį.
Dažniausiai laikoma, kad gamtinėse dujose sieros nėra. Tačiau kai kurioms pramoninėms dujoms ši prielaida netaikoma, todėl tokį kurą gali reikėti nusierinti.
Lietuvoje gaminamo mazuto sieringumas iki 2,5%. Deginant be valymo įrenginių, SO2
koncentracija išmetamosiose dujose siektų 4300 mg/Nm3, prie 3 % O2.
Reikalavimas – naudoti ne didesnio kaip 1% sieringumo, arba SO2 iki 1700 mg/Nm3.
REIKALAVIMAI SIEROS DIOKSIDO KONCENTRACIJAI
400400400>500 MW50 - 200
1700-4001700-4001700-400300 – 500MW
100 - 250100 – 300 MW
100 - 350170017001700
1700 (3400 - nedujofikuotiems
įrenginiams)
50 – 100 MW
Skystas kuras
10353535nenormuojamaDujinis kuras
Modernizuoti esami katilai
Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01)
2001/80/ECLietuvos normos
2001/80/ECLietuvos normos
GPGB išmetimų lygiai, 2007 m.
spalio 31 d.
Po 2008 m. sausio 1 d.Iki 2008m. sausio 1 d.
Kuras ir šiluminė galia, MW
SIEROS OKSIDŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI
Neregeneraciniai metodai
Lašelių išdžiovinimo metodas
Šlapias metodas
Sorbento įpurškimo metodas
Sausas metodas
Regeneraciniai metodai
DESONOX metodas
Wellman-Lord metodas
Išmetamųjų dujų nusierinimo metodai
Šlapias metodas
Pusiau sausas metodas
Sausas metodas
Natrio hidroksido skruberis
Amoniako skruberis
Vandenilio peroksido skruberis
Jūros vandens skruberis
NID metodas
Aktyvuotos anglies metodas
Kalkių skruberis
ŠLAPIO CACO3-GIPSO IŠMETAMŲJŲ DUJŲ VALYMO TECHNOLOGINĖ SCHEMA
Katilas
Elektrofiltras
Dūmsiurblis
ROŠ
Kaminas
Dūmsiurblis
Absorberis
Siurblys
Siurblys
Oras
Vanduo
Klintis
Suspensija
Hidrociklonas
Siurblys
Nuotekos
Gipsas
Vakuumfiltras
Dūmai
Dūmai
Oras
Vanduo
Klinties suspensija
Gipso suspensija
Kieta medžiaga
Ventiliatorius
NID IŠMETAMŲJŲ DUJŲ VALYMO TECHNOLOGINĖ SCHEMA
Kat
ilas
Nr.
8B
Elektrostatinis filtras Nusierinimo įrenginiai
Išvalyti dūmai
CaO
Dūmai
H2O
CaSO4, CaSO3, Ca(OH)2, CaCO3 mišinys
Kuras
Oras
ROŠ
Kaminas
Pelenai
REIKALAVIMAI NOx KONCENTRACIJAI
500 3)500 3)500 3)>500 MW50 - 200
300 – 500MW
90 - 200100 – 300 MW
90 - 450
600600600650
50 – 100 MW
Kietas kuras 2)
400400>500 MW50 - 150
300 – 500MW
50 - 200100 – 300 MW
150 - 450
450450450450 1)
50 – 100 MW
Skystas kuras
200200200>500 MW
20-100 (priklauso nuo
įrenginio)
300300300350
50 – 500 MW
Dujinis kuras
Modernizuoti esami katilai
Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01)
2001/80/EC
Lietuvos normos
2001/80/ECLietuvos normos
GPGB išmetimų lygiai, 2007 m. spalio
31 d.
Po 2008 m. sausio 1 d.Iki 2008m. sausio 1 d.
AZOTO OKSIDAI
Azoto oksidai: azoto monooksidas (NO), azoto dioksidas (NO2) ir azoto suboksidas (N2O). Pirmieji du bendrai vadinami NOx. Virš 90 % azoto oksidų išsiskiria monoksido formoje NO, likusi dalis randama NO2 ir N2O pavidalu. Atmosferoje visų formų azoto oksidai transformuojasi į NO2, todėl poveikio aplinkai (rūgštėjimas ir smogų susidarymas) įvertinimui naudojamas jų bendras kiekis NOx. NOx susidaro trijų pagrindinių procesų metu, kurie priklauso nuo azoto būsenos ir aplinkos, kurioje vyksta reakcija:
Terminiai NO susidaro reaguojant deguoniui su ore esančiu azotu; jų susidarymas labai priklauso nuo temperatūros. Jeigu degimas vyksta žemesnėje nei 1000 °C temperatūroje, terminių NO beveik nesusidaro
Kuro NO susidaro iš kure esančio azoto; susidarymas priklauso nuo kure esančio azoto ir deguonies kkoncentracijos reakcijos aplinkoje.
Greitieji NO susidaro liepsnoje iš molekulinio azoto, esant tarpiniams angliavandeniliams. NOx dalis, kurią sudaro greitieji NO yra mažiausia, palyginus su kitais jų susidarymo keliais.Įrenginiuose, kuriuose naudojamas dujinis arba skystas lengvas kuras, NOx pagrinde sudaro terminis NO. Daugiausiai kuro NO susidaro deginant anglį. Azoto oksidų išmetimus taip pat sąlygoja degimo procesas.
NOx susidarymo mechanizmai
NOx ~
NOx ~ NK·O2
NOx ~ O, RH, T RC RN
RT
K
eNO 22
Kuro
Terminiai
Greitieji
PIRMINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS
Degimo modifikacija
Žemas oro pertekliaus koeficientas
Oro laipsniavimas
Dūmų recirkuliacija
Oro pašildymo sumažinimas
Antrinis NOx išdeginimas
Papildomas oras į kūryklą
Mažų NO x degikliai
Į kūryklą
Mažų NO x degikliai
Į kūryklą (papildomas degimas)
Mažų NO x degikliai
Technologiniai degikliai
Maišyto degimo tipo degikliai
Viršliepsninis oras
Oro laipsniavimas kūrykloje
Kuro laipsniavimas
Kūrykloje
Išjungiant dalį degiklių
Iškreipiant oro perteklių degikliuose
PIRMINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS
Mažas oro perteklius - lengvai įgyvendinama. Riba – CO susidarymas.
Oro laipsniavimas. Sudaromos kelios degimo zonos. Į pirmą zoną tiekiama dalis oro ir sudaromas deguonies trūkumas, o į antrą zoną tiekiama antra dalis oro ir užbaigiamas kuro sudeginimas. Oro laipsniavimui naudojama:
Dalies degiklių atjungimas. Apatiniai degikliai dirba riebiu mišiniu, o viršutiniai degikliai tik su oru, be kuro.
Oro pertekliaus iškreipimas. Apatiniai degikliai dirba riebiu mišiniu, o viršutiniai degikliai su oro pertekliumi.
Pagrindiniai oro laipsniavimo trūkumai: gali padidėti CO ir suodžių kiekis .
Dūmų recirkuliacija. Recirkuliuojant dūmus į kūryklą, degimo zonoje sumažėja deguonies kiekis ir atšaldomas fakelas. Dėl technologinių priežasčių recirkuliacija ribojama iki 30 % nuo dūmų kiekio.
Oro pašildymo sumažinimas. Pagrindinis šios technologijos trūkumas, kad išauga kuro suvartojimas.
Kuro laipsniavimas. Panašiai kaip laipsniuojant orą, tik laipsniškai tiekiamas kuras.
Mažų NOx degikliai. Mažų NOx degikliuose gali būti naudojami keli aukščiau paminėti NOx sumažinimo būdai. Tai – geriausias sprendimas.
PIRMINIŲ NOX MAŽINIMO PRIEMONIŲ CHARAKTERISTIKOS
Liepsnos nestabilumas,
nepilnas išdeginimas
50 – 60 %Su kuro laipsniavimu
Liepsnos nestabilumas
Iki 20 %Su išmetamųjų dujų
recirkuliacija
Liepsnos nestabilumas,
nepilnas išdeginimas
Visas kuras
25 – 35 %Su oro laipsniavimu
Mažų NOx degikliai
Visas kuras50 – 60 %Kuro laipsniavimas
Visas kuras20 – 30 %Oro pašildymo sumažinimas
Liepsnos nestabilumas
Visas kuras20 – 50 %Išmetamųjų dujų recirkuliacija
Visas kurasViršliepsninis oras
Oro pertekliaus iškreipimas degikliuose
Nepilnas išdegimasVisas kurasmaksimalus
sumažėjimas deginant mazutą 45 %, dujas 65 %.
Dalies degiklių atjungimas
Oro laipsniavimas
Nepilnas išdeginimas
Visas kuras10 – 44 %Mažas oro perteklius
Taikymo apribojimas
Kuro rūšisNOx sumažėjimo
reikšmėMetodas
ANTRINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS
Naudojamos jau susiformavusių NOx pašalinimui iš išmetamųjų dujų, nepriklausomai nuo panaudotų pirminio NOx sumažinimo technologijų. Antriniam NOx kiekio sumažinimui į išmetamųjų dujų įpurškiama amoniako, karbamido ar kito komponento, kuris gali reaguoti su azoto oksidais ir redukuoti juos iki molekulinio azoto. Dažniausiai yra naudojama:
Selektyvus nekatalitinis valymas (SNKV) (angl. SNCR). SKV procese nenaudojamas katalizatorius. Reakcijos vyksta, esant 850 – 1100 °C temperatūrai. Šios temperatūrinės ribos labai priklauso nuo naudojamo reagento (amoniako, karbamidų). 4 NO + 4 NH3 + O2 ↔ 4 N2 + 6 H2O;6 NO2 + 8 NH3 ↔ 7 N2 + 12 H2O;arba su karbamidais:4 NO + 2 (NH2)2CO + 2 H2O + O2 ↔ 4 N2 + 6 H2O + 2 CO2;6 NO2 + 4 (NH2)2CO + 4 H2O ↔ 7 N2 +12 H2O +4 CO2.
Selektyvus katalitinis valymas (SKV) (angl. SCR) yra katalitinis procesas pagrįstas selektyvine azoto oksidų dezoksidacija su amoniaku ar karbamidais dalyvaujant katalizatoriui. NOx virsmai vyksta ant katalizatoriaus paviršiaus esant 300 – 450 °C temperatūrai, vykstant reakcijoms su amoniaku:
ANTRINIŲ NOX MAŽINIMO METODŲ CHARAKTERISTIKOS
1,5 – 2,5NH3/NOx santykis
Amoniakas, karbamidai
Reagentas
850 – 1050 oCDarbinė temperatūra
30 – 50 %SKNV
4 – 10 (102 Pa)Slėgio kritimas katalizatoriuje
1,0 – 1,5 %SO2/SO3 transformacijos
santykis prie katalizatoriaus
0,8 – 1,0NH3/NOx santykis
Amoniakas, karbamidai
Reagentas
350 – 450 oCDarbinė temperatūra
80 – 95 %SKV
ReikšmėParametrai
Kiti eksploataciniai parametraiNOx šalinimo efektasMetodas
KOMBINUOTAS SIEROS IR AZOTO OKSIDŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMAS
Kombinuoti SO2/NOx išmetimų mažinimo būdai kuriami, norint pakeisti tradicinius nusierinimo ir SKV procesus, t.y. išvengti pagrindinių problemų – SKV reaktoriuje vykstančios SO2 oksidacijos. Dėl susidariusio SO3 padaugėja nuosėdų ir suaktyvėja korozija oro pašildytuve ir dujos-dujos šilumokaityje.
Kiekvienas kombinuotas SO2/NOx išmetimų mažinimo būdas pasižymi tam tikromis specifinėmis reakcijomis, kurių metu pašalinami SO2 ir NOx. Juos galima suskirstyti į kategorijas:
Adsorbcija / regeneravimas ant kietųjų paviršių (desorbcija);
Dujų / kietųjų paviršių katalitiniai procesai;
Švitinimas elektronu srautu;
Šarmų įpurškimas;
Šlapias skruberis su priedais NOx šalinimui;
Vieni iš šių procesų yra laisvai prieinami rinkoje ir jau įdiegti keliose jėgainėse, o kiti – vis dar kuriami.
DEGIMO LIEKANOS IR SUB-PRODUKTAI
Dūmų nusierinimo atliekos ir sub-produktai (gipsas). Šių atliekų DKDĮ susidaro daugiausiai: dalis jų šalinama sąvartyne, o dalis – gali būti panaudota kaip žaliava / priedai (pvz., cemento, betono, gipso plokščių ir kt.).
Kitos atliekos, susijusios su jėgainės ir įrangos veikla (pvz., anglių smulkinimas, nuotekų valymas ir kt.):
katilo valymo atliekos;
tiekiamo garo kondensato valymo dumblas;
atidirbusi jonų mainų įkrova;
atidirbę SKV katalizatoriai;
nuotekų valymo dumblas;
kitos atliekos (atidirbusi alyva, naftos produktais užteršta įranga, PCB turinti įranga, kuro paruošimo atliekos (anglies plovimas), laboratorinės atliekos).
Visos šios atliekos ir sub-produktai, tiesiogiai ar netiesiogiai susiję su kuro deginimu, daro poveikį aplinkai.