ktu Šilumos ir atomo energetikos katedra

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

TERŠALŲ SUSIDARYMAS LIEPSNOJE

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

ANGLIES MONOKSIDAS

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


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





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



2001/80/EC

Lietuvos 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


Į kūryklą (papildomas degimas)


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

Mažos NOx generacijos degikliai

ĮPRASTINIS

Low NOx

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.

Ačiū už dėmesį

ktu Šilumos ir atomo energetikos katedra

Documents