UNI I R E C E T O X SCI E0270 TECHNOLOGIE A NÁSTROJE OCHRANY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Technologie pro zajištění čistoty ovzduší I RNDr. Mgr. Michal Bittner, Ph.D. Vývoj stavu životního prostředí v ČR 1990 - 2004 Ovzduší - Znečištění ovzduší bylo v roce 1990 objektivně i subjektivně nejpalčivějším problémem ŽP - Významné zdravotní problémy (především SČ) a poškození ŽP Trend měrných emisí S02 (v kg/os,rok) v České republice a v EU 15 v letech 1990-2002 200 150 Graf 4.3 100 50 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Zdroj: EMEP, EEA EU 15 Česká republika 2000 -1 O'-Nn^rwiDNoowO'-rgto^ifi^sooojO'-CMn^ to»( a Q>05CT)OÍtT>0>CDÍJ)010>OoOOOOOOOO^— t— t— t— t— ^LT ^^^i-^^T-T-T-^cNCNOJC\tCNCNCNCNicNic\icsirvt>jr\ic\ir\j Obr. 11.1 Vývoj celkových emisí, 1990-2015 Graf 5.4 Ostatní Příroda Odpady Ovzduší ISPA Voda Výdaje SFŽP podle složek životního prostředí (v mil. KČ) 5000 4000 3000 2000 1000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Zdroj: SFŽP I1A1a - Verejná energetika a výroba tepla IMbi - Domácnosti: Vytápění, ohřev vody. vařeni 1A2a - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Železo a ocel 1A2c - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Chemický průmysl ► 1A2f - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Minerální nekovové produkty IlJUai - Služby, instituce: Spalovací stacionární zdroje Ostatní obľ. IV.7.Í Podíl sektoru NFR na celkových emisích SO*. 2015 200 2010 2011 11Ala - Veřejná energetika a výroba tepla 2C 1 3 2014 2015 2013 2017 201B 2019 1Mb i IA2f- - Domácnosti: Vytápění, ohrev vody, vaření ■ 1A2a - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: ŽeleiD a ocel 1A2c - Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Chemický průmysl Spalovací procesy v průmyslu a stavebnictví: Minerální nekovové produkty 1A4ai - Služby, instituce: Spalovací stacionární zdroje BOstatní Obr. IV.71Q Celkové eimlse 50*. 2010-2015 Europoslanci schválili nové limity na látky znečišťující ovzduší 24.11.2016 18:54 Ambiciózní plán na zavedení národních stropů týkající se emisí a látek znečišťujících ovzduší do roku 2030, včetně oxidů dusíku (NOx), pevných polétavých částic a oxidu siřičitého, získal při středečním hlasování podporu poslanců Evropského parlamentu. Nové limity byly již neformálně dohodnuty během nizozemského předsednictví v Radě EU. Znečištění ovzduší způsobuje ročně zhruba 400 tisíc předčasných úmrtí v EU. Emisní limity pro Českou republiku Pro Českou republiku byly stanoveny závazky k procentuálnímu snížení emisí oxidu siřičitého (SC>2)f oxidG dusíku (NOx) 3 nemethanových těkavých organických sloučenin (NMVOC) tak, že se za výchozí rok považuje rok 2005. Pokud jde o silniční dopravu, použijí se emise vypočítané na základě prodaných paliv. m Závazek ke snížení emisí oxidu siřičitého (SO2) oproti roku 2005: • 45 % (pro jakýkoli rok od r. 2020 do r. 2029), m 66 % (pro jakýkoli rok od r. 2030). m Závazek ke snížení emisí oxidů dusíku (NOx) oproti roku 2005: • 35 % (pro jakýkoli rok od r. 2020 do r. 2029), m 64 % (pro jakýkoli rok od r. 2030). m Závazek ke snížení emisí nemethanových těkavých organických sloučenin (NMVOC) oproti roku 2005: m 18% (pro jakýkoli rok od r. 2020 do r. 2029), m 50 % (pro jakýkoli rok od r. 2030). m Závazek ke snížení emisí amoniaku (NH3) oproti roku 2005: m 7 % (pro jakýkoli rok od r. 2020 do r. 2029), m 22 % (pro jakýkoli rok od r. 2030). m Závazek ke snížení emisí jemných částic (PM2rs) oproti roku 2005: m 17 % (pro jakýkoli rok od r. 2020 do r. 2029), m 60 % (pro jakýkoli rok od r. 2030). Zdroj: TZB info Zvláště velké spalovací zdroje Spalovací zdroje, resp. zdroje spalování paliv se v České republice podle zákona č. 86/2002 Sb. v platném znéní zařazují podle tepelného příkonu nebo výkonu do těchto kategorií: • zvláště velké spalovací zdroje, kterými jsou zdroje znečišťování o jmenovitém tepelném příkonu 50 MW a vyšším bez přihlédnutí ke jmenovitému tepelnému výkonu; a velké spalovací zdroje, kterými jsou zdroje znečišťování o jmenovitém tepelném výkonu vyšším než 5 MW do 50 MW nespadající do kategorie zvláště velkých spalovacích zdrojů; ô střední spalovací zdroje, kterými jsou zdroje znečišťování o jmenovitém tepelném výkonu od 0,2 MW do 5 MW včetně; • malé spalovací zdroje, tj. zdroje znečišťování o jmenovitém tepelném výkonu < 0,2 MW. Pro zařazení do kategorií se příkony nebo výkony jednotlivých zařízení (kotlů) ve zdroji sčítají. Zvláště velké spalovací zdroje - tepelná elektrárna Zvláště velké spalovací zdroje Zvláště velké spalovací zdroje Uhelná E Jaderná E GENERÁTOR KONDENZÁTOR Topeniště — s pásovým roštěm Schéma topeniště s pásovým roštem. Údaje na obrázku označené: I - rošt; 2 - násypka; 3 - hradít-ko; 4 - jízek; 5 a 6 - přední a zadní klenba; 7 - sekundární vzduch. Topeniště — s pásovým roštěm RUSHAS Mini Traveling Grate - A Small Boiler Stoker for efficient boiler House! 39 517 zhlédnutí - 18. & 2020 ^ 409 NELÍBÍ SE ^SDÍLET ^ KLIP =+ ULOŽIT (T) POPIS Topeniště — přesuvný rošt Schéma přesuvného roštu. Topeniště — přesuvný rošt Reciprocating Grate /Step Grate Operation Introduction 8 900 zhlédnutí -10.9. 2021 107 £D NELÍBÍ SE $ SDÍLET KLIP =+ ULOŽIT Q POPIS Topeniště - prášková topeniště Varianty práškových topenišť. Granulační Spalování prášku probíhá při poměrně nízkých teplotách v ohništi, takže popeloviny odcházejí z topeniště v tuhém stavu. V okamžiku spálení se ovšem částečka paliva zahřeje krátkodobě na vysokou teplotu, takže popeloviny se roztaví a vlivem povrchového napětí vytvoří kuličky (granule). Ty vlivem chladnějšího okolního prostředí rychle zchladnou a ztuhnou. Taviči Je vývojově mladším typem topeniště vzniklým ve snaze zvětšit intenzitu spalování zvýšením teploty v topeništi, takže popeloviny opouštějí ohniště v tekutém stavu. Topeniště — práškový topenišť Čerpadlo How Does a Biomass Boiler Plant Work? I HoSt Bioenergy Systems 9 434 zhlédnutí - 14. 1. 2021 113 P NELÍBÍ SE ^ SDÍLET KLIP =+ ULOŽIT (7) POPJS Topeniště - fluidní topeniště Vlevo (obr, č. 28) - schéma vířícího fluidního lože a vpravo (obr. č. 29) - schéma fiuidního kotle s cirkulujícím fluidním ložem. výměníky tepla L palivo vzduch fluidní lože výměníky tepla sekunďámf ''' vzducři palác 1 _X ^ ^-"'ky i7 © UNITED KINGDOM Fluidised bed technology: Generating options for tomorrow 295 330 zhlédnutí ■ 9.1 2012 1 TIS. CD NELÍBÍ SE ^ SDÍLET §C KLIP ="+ ULOŽIT Možnosti r r snižovaní • r emisi znečišťujících látek ze stacionárních palovacích procesů Hlavni možnosti redukce emisí znečišťujících látek ze stacionárních spalovacích procesů. Skleníkový efekt Destrukce stratosférické ozónové vrstvy Acidifikace 4 A h \ 4 Toxické účinky (akumulace vpůdč, ve vodě a vbiotč) 4 TUHE LATKY (tčžké kovy aj.) Spalování paf i v ve výrobč energie, v domácnostech a průmyslu Jiné perspektivní způsoby výroby energie ÚPRAVA PALIV TECHNOLOGIE SPALOVACÍCH PROCESŮ Procesy Čistení uhlí Procesy čistém' tekutých paliv Zplyňování uhlí PROCESY ČIŠTĚNÍ PLYNŮ Spalování ve fluidním loži (fluidní kotle) Kombinovaný paroplynový cyklus (1GCC) Částečné zplyňování Hořáky s nízkou tvorbou oxidů dusíku CESTY K OMEZENÍ COt FGD - odsiřování spalin SCR^seleklivni katalytická redukce - Jaderná energie NSCR-nesclektivní katalvtická redukce Jinč progresivní způsoby výroby energie Odlučovací pochody pro tuhé látky (prach) Dvoustupňové spalování s vícestupňovými hořáky Recirkulace spalin Řízení spalovacího procesu suché mechanické odlučovače — mokrč odlučovače elukiros.iii-.i.jW odlučovače — látkové filtry Skleníkový efekt 4 A k \ Spalovaní paliv ve výrobe energie, v domácnostech a průmyslu Destrukce stratosferické ozónové vrstvy ■ Toxické účinky (akumulace vpůdě, ve vodě a vbiote) á so, NO, CO COz oxidy síry oxidy oxid oxid dusíku uhelnatý uhličitý voc prchavé organické látky POP persistentní organické látky TUHE LATKY (těžké kovy aj.) Jiné perspektivní způsoby výroby energie ÚPRAVA PALIV TECHNOLOGIE SPALOVACÍCH PROCESŮ I PROCESY ČIŠTĚNÍ PLYNŮ CESTY K OMEZENÍ CO, I TECHNOLOGIE SPALOVACÍCH PROCESŮ PROCESY ČIŠTĚNÍ PLYNŮ Procesy čištění uhlí Procesy čištění tekutých paliv Zplyňování uhlí Spalování ve fluidním loži (fluidní kotle) Kombinovaný paroplynový cyklus (IGCC) Částečné zplyňování Hořáky s nízkou tvorbou oxidů dusíku Dvoustupňové spalování s vícestupňovými hořáky Řízení spalovacího procesu FGD- odsiřování spalin SCR - selektivní katalytická redukce NSCR- neselektivm katalytická redukce Odlučovací pochody pro tuhé látky (prach) suché mechanické odlučovače mokré odlučovače elektrostatické odlučovače látkové filtry Jaderná energie Jiné progresivní způsoby výroby energie Objemy a vlastnosti zpracovávaných plynů 1> Spaliny z jednotky 200 MW V ~ 1 - 1,2 mil. nťMr1 plynu T ~ 130 -180 °C ^ Vysoká vlhkost! ^ Značný obsah tuhých příměsí! 1> Vysoká korozivost spalin S02, S03 H2S04 (80%)! Nízká koncentrace odstraňované složky Problémy s účinností: ^ S02 - 0,1' % obj. 1> NOx-100'-1000'ppm «í> (s) -10' -100' g.m3 (za odlučovačem -10' -100' mg.nr3) Základní charakteristika ^> extrémní rozměry zařízení ^> vysoké nároky na korozní odolnost všech komponent ^> vysoké pořizovací i provozní náklady ^> technologie ekonomicky ztrátová (zvýšení ceny energie) Desulfurace Metody snižování emisí oxidů sí Administrativní - normy, atd. Technická (1) snižování obsahu S v palivech (2) zplyňování paliv s následným zachycením sulfanu (3) desulfurace (odsiřování) spalin (2) , (3) - technicky reálné (3) - aplikována v širokém měřítku Odsiřování spalin • Dělení metod podle hlediska regenerace činidla: - metody regenerativní - aktivní látka cirkuluje mezi absorpcí a regenerací - metody neregenerativní - aktivní látka po reakci s S02 opouští proces jako produkt odsíření • Dělení podle hlediska fáze: - suché metody - během procesu neklesá T pod rosný bod vody (i metody katalytické) - polosuché metody - mokré metody - spaliny přichází do kontaktu s vodním roztokem nebo suspenzí aktivní látky • Dělení podle hlediska místa procesu odsiřování: - odsiřování přímo v kotli - odsiřování za kotlem Procesy desulfurace i+ dcMilpluirkiiinii in ^unlnMum wtih fuel j aiidilivc sťparatť 1'nmi íiiťl ItillC :ukäMiM? ilĽsulphunsaiion pnnlucis hniL-lhí-r wiih jsh ^ Limlľill 2, dcsul p hun liliím in cxhaust j*;i.s m: mi-drv procese calcium iidditivc dry calcium additive. aciivaicd iriduMnal gypsu m, fcrfiliscrs sul p hurte ;iciiL ťlťmcnlal sulphur Figúre 2.5.7 DoMilplnirísation processes ___ Odsiřování spalin Výhody: Suché: ^> vysoká teplota spalin (není nutné je předehřívat za účelem rozptylu do atmosféry) ^> malá investiční náročnost (řádově menší proti mokrým) Mokré: ^> jednoznačně převažují (vysoká účinnost, využitelný produkt...) Nevýhody: Suché: ^> malá účinnost ^> problémy s produktem odsíření Mokré: ^> vyšší investiční náklady ^> nízká T odsířených spalin - nutnost přihřívání Přehled technologií odsiřování spalin Účinnost odsíření v závislosti na poměru Ca/S. 100 i 80 stupeň odsíření {% §02) ^u_£ / polosucho mokře metody / ___~ 60 40 suché 20 Č Í r . , , Í- 012: stech som efrický poměr Ca/S Přehled technologií odsiřování spalin Obecný přehled užívaných technologií podle způsobu záchytu oxidu síry. Údaje v tabulce označené: [1] Limestone Injection Multistage Burner; [2] Gas Reburning - Sorbent Injection. typ Princip Příklad, název technologie lví clou y. adiíivnr - injektáž vápna či vápence nad zónu plamene - injektáž ZP, vody a sek. vzduchu s aditivem - fluidní spalování uhlí s přídavkem CaCO, ve fluidní vrstvě - s cirkulující fluidní vrstvou LIMB [11 GR - SI [2] Polosuché- a süchö metody - vstřikování aktivovaného vápna do spalin a následná filtrace tuhé fáze - rozprašovací sušárny Niro-Atomizer Fläkt A bsorpěn iV mok re procesy neregenerativní, zachycená šíraje vázána v produktu procesu regenerativní, aktivní komponenta je regenerována pro opětovné použití Katalytické metody katalytická oxidace SO, na SO, Cal-ox Kyioura Chiyoda Haldor-Tops0e Adsoipčm procesy regenerativní adsorpce např. na aktivním koksu a regenerace párou nebo horkým pískem Bergbau - Forschung Odsiřování v Způsob odsíření z kotlů Skupiny CEZ elektrárna bloky metoda odsiřování Elektrárna Dětmarovice 4 x 200 MW mokrá vápencová Elektrárna Hodonín 50 MW, 55 MW fluidní spalování Elektrárna Chvaletice 4 x 200 MW mokrá vápencová Elektrárna Ledvice 3x 110MW 2 x polosuchá metoda 1 fluidní kotel Elektrárna Mělník II 2x110 M W mokrá vápencová Elektrárna Mělník III 500 MW mokrá vápencová Elektrárna Počerady 5 x 200 MW mokrá vápencová Elektrárna Poříčí II 3 x 55 MW fluidní spalování Elektrárna Prunéřov I 4x110 M W mokrá vápencová Elektrárna Prunéřov II 5x210MW mokrá vápencová Elektrárna Tisová I 2 bloky pro 3 x 57 MW+ 1 x 12,8 MW fluidní spalování Elektrárna Tisová II 112 M W mokrá vápencová Elektrárna Tušimice II 4 x 200 MW mokrá vápencová Odsiřování spalin Parametry odsiřovacího zařízení elektrárny Chvaletice počet a výkon odsiřovaných bloků 4 x 200 MWe počet absorbérů : objem spalin do jednoho absorbérů 583 200 až 2 174 400 NnvYh obsah SO^ v nevyčistených spalinách 7 000 mg/Nm3 koncentrace popílku na vstupu do absorbérů max. 200 mg/Nm3 obsah SO-, v čistých spalinách garantováno 400. běžně do 200 me/Nm3 koncentrace TZL v čistých spalinách garantováno 50, běžně do 20 mg/Nm3 účinnost odsíření 94,3 % a vyšší Mokrá vápencová vypírka • V současnosti nejužívanější metoda při odsiřování velkých zdrojů • Vývoj - rozdělení podle produktu - získávání využitelného energosádrovce CaS04-2H20 - získávání nevyužitelného kalu Sumární vyjádření procesu: S02 + CaCO} +j/2 02 + 2 H20 -> CaSOA ■ 2 H20 + C02 Mokrá vápencová vypírka r • Účinnost odsiřování r|S02 = 95 % a více při a = CaC03 : S02 = = 1,02 až 1,07 r • Účinné zachytávání HC1 a HF s účinností nad 90 % 2 HCI + CaC03 -> CaCI2 + CO, + 2HF + CaC03 -> Ca^2 + C02 + ií2<9 • Proces odsíření v absorbéľU • Spaliny nejdříve zbaveny popílku a ochlazeny • Nutná ochrana proti korozi Mokrá vápencová vypírka Mokrá vápencová vypírka Protiproudy bezvýplňový absorbér • Nej častější • Vstup spalin ve spodní části nad jímkou absorbéru • Absorpční zóna • topt = 60 °C, chlazení spalin • Odlučovač kapek Jímka absorbéru - oxidační zóna - neutralizační zóna odlučovač kapek > -r * t spaliny spaliny voda vápenec, voda energosád rovec vzduch protiproudy absorbér ODVOD SPAUH Mokrá vápencová vypírka • S02 se vypírá vodní suspenzí uhličitanu vápenatého CaCO, nebo vodní suspenzí vápna Ca(OH)2 S02 + CaCCX -> CaS03 + H20 S02 + Ca(OH)2 -> CaS03 + C02 • Další reakce CaSO. CaS03 + S02 +H20^> Ca(HSCX \ Ca(HS03)2 + CaC03 -» 2 CaS03 +H20+C02 • Oxidace CaS03 a Ca(HS03)2 při pH t = 5 až 6, ph nižším pH vyšší tvorba úsad CaSO, + 2 H20 + /2 02 -> CaS04 • 2 i720 Ca(HS03 )2+2H20 + y2 02 -> Ca504 -2H20 + H2SO, Mokrá vápencová vypírka • Produkt: energosádrovec CaS04-2H20 • Odvod z jímky absorbéru —> hydrocyklóny —> pásové n. bubnové filtry —> dosušení —» příp. briketování • Využití • Výroba sádry CaS04%H20 - kalcinací CaS04 2H20 <-> CaSOA-y2H20+y2H20 - využití ve stavebnictví Přehled technologií odsiřování spalin Chemismus absorpčních procesů pro energetiku. Typ Princip procesu Název vápnikov c vypi i ky jpKS-lO " \ :i7G= 2-8 1-ííT1 '■ CaO/s~í~i;25--::; •7 v:: 70-92 % vápno: SO2 + Ca(OH), -> CaSO, + H,0 vápenec: SO, + CaCO, + H,0 -» CaS03 + CO, + H,0 SHL Babcock MHI 2 CaSO, + 0, ^ CaS04 CaSO, + SO,~+ H,0 ~» Ca(HS03)2 2 Ca(HS03)2 + O,CaS04 + H2Š03 ■■ huřčík-oyé vypírky ■ pil 6-10 ; " L/G---- 2-8 Lni ; Mg0/S=Í-lT7 "■ j !j- > 95 % MgO + H,0 -> Mg(OH)2 Mg(OH), + SO, -» MgSČX 6 nebo 3 H,0 MgSO, 4 MgÖ + SO, n 2 MgS03 + 0, -> MgS04 2 MgS04 + C 4 2 MgO + 2 SO, + CO, [MgS04 + Ca(OH), -> CaS04 + Mg(OH)2] * CHEMICO NIOGA2 MHÍ Waagner-Biró * RCE alkalické vypírký . SO, + Na,S0, + H,0 -> 2 NaHSO, 2 NaHSO" -» Na,Sa + SO, + H,6 NaHS03 + NaOH -> Na2SÓ, + H20 2 Na,SCX + 0, -> 2 Na,S04 Wellman-Lord SO,2" + SO, -> 2 HSO, S032" + 1/2 0, -> Sof OH- + HS03- SO,2" + H,0 S042- + Ca(OH), -» CaS04"+ H,0 dvojí alkálie GM Dowa Minning 4 NH4OH + 2 SO, + 0, -> 2 (NH4),S04 + H,0 Walther Čpavkový proces Walther Mokrá amoniakální vypírka: 2 NH3 + S02 + H20 (NH4)2S03 + 1/2 02 1. absorbér — dochlazení na 60 °C, vyprání (NH4)2S03 2. absorbéf — vyprání zbytku, zachycení úletu Spaliny — ohřev ve výměníku komín Absorbční roztok z 1. absorbérů oxidér - oxidace na S042" (vzduchem) S042_ ^rozprašovací sušárna (350 °C) Výhoda: malá energetická náročnost, bezodpadovost Nevýhoda: spotřeba NH3, zchlazení spalin až na 30 °C (NH4)2S03 (NH4)2S04 11 < (X. Obr.7. Čpavkový proces Walther 1 - REGAVO 4 - granulace 7 - oxidér 2 - absorbér 5 - rot. pec 8 - el.filtr 3 - rozpr.suíarna 6 - třtdéní, mletí Katalytické metody Katalytická oxidace S02 ^ S03 na katalyzátoru V2Os - Vypírání S03 pomocí H2S04 v absorbéru Cat -Ox (Japan) do komína spaliny rCZJ elektrofiltr katalytický reaktor ekonomizér výměník tepla absorber regavo Cat-Ox Použitelné u nově postavených energetických jednotek - vyžaduje speciální elektroodlučovač pracující při vysoké T U starších jednotek musí být mezi elektroodlučovač a reaktor zařazeno přihřívání spalin Výhoda: ^> poměrná jednoduchost ^> nižší provozní náklady při účinnosti ~ 90% Nevýhoda: ^> vysoká náročnost na materiály nutnost dokonalého odprášení spalin - ovlivnění životnosti katalyzátoru Regenerativní metody • Regenerace činidla • Malé rozšíření Natrium-sulfitová metoda (metoda Wellmann-Lord) • Reakce v absorbéru Na2S03 + S02 +H20^2 NaHSO, • Regenerace v odparce • Využití SOj • Vstupní suroviny: NaOH nebo Na9C03 • Nejrozšířenější regenerativní metoda Změna teploty spalin Ochlazení neodsířených a dohře v odsířených spalin • Regenerativní výměníky tepla • Rekuperativní výměníky tepla • Menší zdroje - ve výměníku tepla vnějšími zdroji Chladicí věže s přirozeným tahem • Bez dohřevu spalin, spalinového ventilátoru a komína • Odpař skrápěcí vody Ohřev spalin Z hlediska dosažení dostatečného rozptylu spalin je třeba zajistit aby vstupem do komína měly určitou minimální teplotu «^>T ~ 70- 80°C A: ohřev spalin míšením s horkými neodsířenými spalinami B: nepřímý ohřev parou či horkou vodou C: ohřev spalováním paliv s nízkým obsahem S ve spalovací komoře a zavedení těchto horkých spalin k chladným odsířeným spalinám ^> Jednoduché ^> Problémy s emisemi ^> Neekonomické způsoby ^> Vysoká spotřeba energie Nahrazovány výměníky spaliny - spaliny Regenerativní způsob ohřevu spalin Rotační výměník tepla spaliny - spaliny: ^> Energetika — Ljungstrôm ^> Odsiřování - Regavo Přenos tepla - plochy z plechu se speciální antikorozní úpravou nebo z plastu, které se pomalu pohybují mezi zónou horkých a studených spalin a předávají studeným spalinám teplo, naakumulované od horkých spalin. Podmínka ohřevu spalin - úplné odpaření veškerého únosu kapaliny. Pro úplné odpaření využití tepla části neodsířených nebo odsířených a ohřátých spalin. REGAVO KOMÍN ABSORPCE Obr.12. Schéma REGAVO Rotor - 0,75 -1,0 otáček min1 Čistící systémy: tlakový vzduch + tlaková voda (4-10 MPa) -odstranění usazenin - pravidelné Obr. 22 Regenerativní \^meník tepla Využití chladících věží k rozptylu škodlivin Tepelný impuls vzduchu v chladící věži je mnohonásobně větší než u spalin a vede k vynášení množství vzduchu, které 25x převyšují množství spalin. Smíšení spalin se vzduchem v chladící věži vede k dokonalejšímu rozptylu. Elektrárna Tušimice Elektrárna Tušimice [t] 250 OOO Vývoj emisí SOz v letech 1976 - 2021 v ETU 2 « o< o g OO " S Ě£2 í*-"——V" 200 0O0 / °ľ 3 £ >^ "-------" x! - ./ \ s # -%—ä—™ r- -Ť1 " Sí s 150 0O0 100 OOO 50 OOO => O un rM O OJ — E LU -=f M O. *H irtiAOmf—■ G> a £5 r?, i—I 1* ^ co fl) s o _» *3- ÍD Lil íg r- m í—i ^—i rvi t .-i H O d Ln m rvi etu2 roinf emise SO2 [t} ► výroba elektrické energie {GWhl Kombinovaný proces pro čištění spalovacích plynů fly ash and lime residue* gaseous com pounds hca v y meta ta and SO-k IIC t, hydrocarbons Figure Combination proves* far ľ leaning e\h:tuM l;;is Denitrifikace Fig. 4: Sector share of nitrogen oxides emissions (EEA member countries) i Commercial, Energy production institutional and and distribution households Note: The contribution made by different sectors to emfssions of nitrogen oxides in 2010. Die smernice EU (platné od 2020) - zdroje nad 50 MW - emise NOx <200 mg/ m3 Mechanismus vzniku NOx při spalovacím procesu Vysokoteplotní — radikálové reakce N + O uvnitř spalovací zóny — tvorba radikálů je podmíněna vysokou T = funkce (T, koncentrace kyslíku, době zdržení v horké zóně) Palivové NO, — oxidace dusíku chemicky vázaného v palivu — oxidace není kvantitativní - % nezřeagovaného N2 v palivu - při spalování uhlí - 10-25 %, topné oleje i více % % I 000 S t o M ■V.iY..f,,lT..íV i ooo i 400 t aoo teplota *• spalovací keaoft *• °C Obr.15. Tvorba jednotlivých typů N0X při spalování uhlí Promptní NOx - určitá forma palivových NOx — okraj plamene - zanedbatelný podíl na celkovém NO„ Spalování kapalných paliv: vysokoteplotní - stejné jako u tuhých palivové - pouze u těžších frakcí (TTO, mazut) Spalování plynných paliv — pouze vysokoteplotní Snižování emisí NOx úpravou spalovacího procesu Primární opatření Vychází z poznatků o mechanismech vzniku NOx Typ spalovacího zařízení, způsob jeho provozování. Významnější a levnější než následná denitrifikace spalin (sekundární opatření) Častá kombinace primárních a sekundárních opatření Primární opatření k omezování emisí NO Primární opatření k omezení emisí oxidů dusíku. Primární opatření Obvyklý podíl snížení NO Omezení použitelnosti Poznámky Nízký přebytek vzduchu 10-44 % nedokonalé spálení omezení NO^ značně závisí na výši emisí z kotle (např. když je třeba izolovat topeniště, mlýny a ohřívače vzduchu nebo umožnit využití spalování s nízkým přebytkem vzduchu) Odstupňování vzduchu v topeništi hořák mimo provoz 10-65 % 40 % u uhlí 45 % u oleje 65 % u plynu nedokonalé spálení (vysoké hodnoty CO a nespáleného uhlíku pouze při rekonstrukci) může dojít k problémům s udržováním přísunu paliva, je-li např. nutno dodat stejné množství tepelné energie do topeniště s menším množstvím provozních hořáků šácundárrií přehřátý vzduch rekonstrukce pro přehřátý vzduch u stávajícího kotle znamená modifikaci vodního pouubí stěn Možnosti snižování tvorby NO ^> Snížení teploty hoření ^> Snížení lokální koncentrace 02 ^> Snížení doby zdržení Plynové hořáky: ^> atmosférické ^> tlakové Snižování emisí NOx úpravou spalovacího procesu Typ topeniště Q> konstrukce ^> stav Uhelné kotle (klesající emise NOx): Q> výtavné (1 600 - 2 800 mg.m3) ^> se stěnovými hořáky (1 000 - 1 700 mg.m3) ^> s tangenciálními hořáky (800 - 1 200 mg.m-3) ^> fluidní (do 800 mg.m"3) Rozhodující vliv - teplota hoření (nejvyšší výtavné) rychlost uvolnění tepla v zóně hoření Snižování emisí NOx úpravou spalovacího procesu Spalování s nízkým přebytkem vzduchu Snížením množství spalování vzduchu se dosáhne snížení teploty plamene Nenáročný zásah, nevyžaduje žádné úpravy na zařízení Nelze je použít u elektrárenských kotlů s optimalizovaným spalovacím poměrem Efekt není příliš významný, nevyváží nevýhody ^> tvorby sází ^> koroze u redukční atmosféře ^> zvýšená produkce CO ^> ztráty nedopalem Snížení předehřevu spalovacího vzduchu Nenáročnost na technologické směny, nízký efekt - snížení tepelné účinnosti, ztráty nedopalem problémy s hořením 400 Obr,17. Tvorba nox v závislosti na teploté spalovacího vzduchu Možnosti snižování tvorby NOx Atmosférické hořáky: Injekčním účinkem nasávají vzduch Domácí spotřebiče a zařízení malého až středního výkonu (do cca 400 kW) ^> jednoduchá konstrukce ^> nezávisí na jiném zdroji energie ^> velký regulační rozsah ^> bezhlučný chod Nevýhoda z hlediska emise NOx - nestechiometrický typ plamene daný podstechiometrickým předmísením paliva Větší doba zdržení ■=> vyšší tvorba NOx ■=> snížení T plamene -lepší předmísení Možnosti snižování tvorby NOx Nestechiometrické spalování Dávkování spalovacího vzduchu ve dvou úrovních 1) proběhne spalování za nedostatku vzduchu a tedy při nízké teplotě 2) zbytek paliva a zplodiny nedokonalého spalování se spálí v relativním přebytku vzduchu Hořáky na nízký obsah NO Hořáky na tuhá paliva Hořák s postupným přiváděním vzduchu: ■ TERCIÁRNÍ VZDUCH ^ - - - ' VNĚJŠÍ SEK. VZDUCH ^ VNITRřrt SEK. VZDUCH ^* UHLÍ + PRIMÁRNÍ VZDUCH Obr.18. Horák f » postupným přiváděnin vzduchu Princip nízkoemisního hořáku ■ při spalování plynu a práškového černého uhlí je snaha řešit postupný přívod vzduchu přímo v hořáku Vzduch nad hořáky Terciálnf vzduch Sekundární vzduch Palivo -i- primárni vzduch X = 40% X = 70 % Hořáky na nízký obsah NO Možnosti snižování tvorby NOx Recirkulace spalin Odběr části spalin 2a ekonomizér a jejich zavedení zpět do topeniště, tím se dosáhne: ^> snížení obsahu kyslíku ^ snížení teploty Nejúčinnější - míchání spalin do spalovacího vzduchu Snížení účinnosti spalování 50% snížení emise N(X Hořáky na nízký obsah NO Hořáky na tuhá paliva Hořák s recirkulací spalin: V primární zóně shoří prchavá hořlavina a palivový N přejde do plynné fáze Sekundární — shoří většina paliva -v redukční atmosféře přecházejí NOx na N2 2.STUPEN SPAL.VZDUCHU, UHLI + PRIM.VZDUCH SEK.VZOUCH ♦ SPALINY Obr.19. Hořák s recirkulací spalin A- prim.vzduch 3 - terc.vzduch + spaliny ť- sek.vzduch + spaliny Hořáky na nízký obsah NO X Hořáky na tuhá paliva Hořák na supernízky obsah NOx: prídavný vzduch sekund. pali vo ,,~H~fí 2.st.SPAL.VZDUCHU, HOŘÁK NA NÍZKÝ OBSAH N0„ Obr.20. Hořák na supernízky obsah H0X 1 - hlavni hořák 3 _ přídavný vzduch 2 - přídavné palivo Dalších 30% ^> < 200 mg NOx.m"3 Odpadá nákladná denitrifikace (pouze u nových jednotek) Fluidní spalování — vícestupňové postupné zavádění spalovacího vzduchu a tlakové — srovnatelné s hořáky na supernízky obsah NO, Přehled možností pro redukci tvorby NO X Low NOx burner Catalytic combustion r ► Combustion Burner out of service Water/steam injector Ultra low nitrogen fuels Flue Air Flue gas í Catalytic absorption Selective catalytic reduction Selective noncatalytic reduction Flue gas recirculation Reduce air pretreat Less excess air :IGURE 8.2 Possibilities for NOY reduction from a combustion chamber. Sekundární opatření k omezování emisí NOx Selektivní katalytická redukce (SCR). Údaje v tabulce označené: VP = vysoká koncentrace prachu; KP = nízká koncentrace prachu. Obvyklý podíl redukce NO^ Parametr Hodnota provozní teplota 320-420 °C (VP) 260-320 °C (KP) redukční činidlo čpavek, močovina podíl NH, / NO^ 0,8-1,0 80-95 % únikNH, < 20 mg/m5 (n.tt.) využitelnost > 98 % podíl konverze SO„ / SO, v katalyzátoru 1,0-1,5 % (KP) spotřeba energie (% elektrického výkonu) 0,5 % (VP) 2 % (KP) tlaková ztráta v katalyzátoru 4-10 hPa Sekundární opatření k omezování emisí NOx Selektivní nekatalytická redukce (SNCR). Obvyklý podíl redukce NOx Parametr Hodnota 30-50 (80) % provozní teplota 850 až 1050 °C redukční činidlo čpavek, močovina podíl NH3 / NOx 1,5-2.5 využitelnost >97 % spotřeba energie (% elektrického výkonu) 0,1-0 J % čas prodlevy v teplotním pásmu 0,2-0,5 s Denitrifikační metody Nejrozšířenější - selektivní katalytická redukce Suché metody Selektivní katalytická redukce (SKR) - princip: Reakce NOx s NH3 (g) - dávkování do spalin 4 NO + 4 NH3 + 02 -> 4 N2 + 6 H20 4 N02 + 8 NH3 + 202 -> 6N2 + 12H20 6 NO + 4 NH3 -> 5 N2 + 6 H20 6 N02 + 8 NH3 7 N2 + 12 H20 T > 300 °C, katalyzátor Denitrifikace spalin v elektrárně Tušimice II ^ ETU2 ročr í emisc NOx ft] výroba clcktnc kŕ energie [G Wh ] I Uhelné elektrárny | Coal-fired Power Plants | yro/ibHbie 3/ieKTpocTaH 141/11/1 | Denitrifikace Elektrárny Dětmarovice pomocí technologie selektivní katalytické redukce Díky společnosti Vítkovice Power Engineering (VPE) Elektrárna Dětmarovice vypouští do ovzduší výraz ně méně emisí dusíku (NOj. Modernizaci dvou čemauhelných kotlů Elektrárny Dětmarovice (EDÉ) dokončila v polovině roku 2015 a předala provozovateli do užívání. Nižších emisí oxidu dusíku jsme dosáhli využitím kombinací primárních a sekundárních opatření. Obnova kotlů l<3 a K4 vedla ke snížení emisí oxidu dusíku (NOJ pod limitních 2Q0 mg/Nm*, které od nového roku vstoupila v platnost pro velké znečišťovatele, z původní průměrné hodnoty emisí oxidu dusíku pohybujících se na hranici 450 mg/Nm3. jako jedni z prvních v tuzemsku jsme použili pro sekundární opatření technologii takzvané selektivní katalytické redukce (SCR). ZÁKLADNÍ POPIS PROJEKTU Použita technologie SCR snížíemise oxidu dusíku již vytvořené během spalování paliva uvnitř kotle. Spaliny vzniklé spalováním uhlí, do nichž se technologií SCR řízené dávkuje vodný roztok čpavku, jsou přivedeny do katalyzátoru, kde probíhá finálníchemická reakce. Rozdíl mezi SCR a dosud častěji užívanou nekata-lytickou metodou SNCR je v tom, že metoda SĽR zaručí požadované emisní limity během dalšího provozování kotlů s výrazne nižším zbytkovým obsahem čpavku ve spalinách. Součástíčinností na akci denitrifikace kotlů 3 3 4 na elektrárne Dětmarovice byla i pri-márníopatřenína uvedených kotlích zahrnující zejména optimalizaci spalovacího procesu, byla nově provedena recirkulace spalin a dále byla provedena úprava a doplnění systému dohoří-vac'ho vzduchu. Denitrifikační metody Selektivní katalytická redukce Ammonia I I Catalyst FIGURE 8.3 Simple schematic of SCR reactor. Denitrifikační metody Katalytická redukce NOx 4NO + 4NHj + 034N2 + 6HjO 6N03 + BNH3 -► 7N2 + 12H20 ammonia 300 ŮC < ů < 400 ac ľiĽurc 2ŕ\fi t iitiiK tit N< >, rctkiťlioTi Denitrifikační metody Katalytická redukce NOx Fuel Fuel Fuel NH, SCR Air preheater Ír ESP FGD High dust Air Low dust Air preheaterT Air ESP FGD NH, SCR Tail end FIGURE 8.7 Possible configurations of SCR unit (SCR, selective catalytic reduction; ESP? electro precipitation; FGD, flue gas desulfurization). Katalyzátor: Nosič: Ti02 na keramické kostře (původně A1203 — S02 katalytický jed + V2Os) Životnost: Plyn - 5 - 7 let Uhlí - 3 T optimum ~ 350° C - nižší klesá účinnost - vyšší — oxidace S02 —> S03 Koroze ^ musí být trvale v provozu (300 °C) Usazování NH,HSO, Proces současné desulfuřace a denitrifikace acúvaicd charcoal cycle Figure 2.5.8 Simultaneous processes for desulphurisation and den j tnu ion of exhaust gas