Surse de poluare [17]

202

Rezolvare. Se determină:

XN = 10 Ni/ Hii = 10 1/22,5 = 0,444 kg/GJ

Tfl = 0,925 (2000 1800)1/2 = 1755 K.

Din figura 1.4 rezultă: Kc = 0,32 kg/GJ. Concentraţia masică este:

CNO2 =

103 KNO2 Hi

i

(Vgt)c

= 103 0,32 22.5/6.75 = 1067 mg/m3N (1.33)

11.2 Reducerea emisiilor de praf [26, 2]

11.2.1 Bilanţul material al cenuşii În cazul arderii combustibililor solizi, gazele rezultate conţin importante cantităţi de cenuşă. Concentraţia acesteia în gazele de ardere depinde în principal de

o conţinutul de cenuşă A [kg/kg] al combustibilului şi de

o tehnologia de ardere.

Figura 11.5 FIG. 2.1. Schema traseului cenuşii într-un generator de abur cu: a - arderea cărbunelui pe grătar rulant; b - arderea cărbunelui în stare pulverizată;

PAR - preîncălzitor de aer regenerativ; EF - electrofiltru

În figura 2.1 s-a reprezentat schematic traseul cenuşii într-un generator de abur cu arderea cărbunelui în strat, pe grătar (a), respectiv în cameră, în stare pulverizată (b).

Dacă în primul caz, gradul de antrenare a cenuşii xa are valori mici (0,13 - 0,27), în cel de-al doilea caz, xa are valori foarte mari (0,85 - 0,95).

Reducerea emisiilor de praf [26, 2]

203

Nu este posibilă separarea unei cantităţi mai mari de cenuşă în focarele cu arderea cărbunelui în stare de praf şi evacuarea cenuşii în stare pulverulentă. Reducerea vitezei ascensionale a gazelor de ardere în focar şi măcinarea grosieră a cărbunelui sunt soluţii ce ar favoriza un grad sporit de separare, dar ele nu sunt şi economice. Pentru a realiza un grad mai mare de reţinere a cenuşii în focar, se apelează, atunci când este posibil din punct de vedere tehnic şi rentabil din punct de vedere economic, la procedeul evacuării cenuşii în stare lichidă [1].

În tabelul 2.1 sunt prezentate valorile uzuale ale gradului de antrenare a cenuşii xa, pentru diferite tipuri de focare, în funcţie de tehnologia de ardere şi de natura combustibilului folosit.

Tabelul 11.14 Tabelul 2.1 Valori orientative ale gradului de antrenare a cenuşii de către gazele de ardere care părăsesc focarul [2],

Tipul focarului Cărbune Partea de cenuşă antrenată de gazele

de ardere xa Focar cu ardere în strat. Huilă

Cărbune brun 0.13…0.25 0.13…0.25

Focar cameră şi evacuarea cenuşii în stare solidă (pulverulentă).

Huilă Cărbune brun Turbă

0.85…0.95

Focar cameră şi evacuarea cenuşii în stare lichidă: deschis, semideschis, ciclon vertical, ciclon orizontal.

Huilă

0.8…0.85 0.7…0.8

0.2…0.25 0.1…0.15

11.2.2 Instalaţii pentru desprăfuirea gazelor de ardere

11.2.2.1 2.2.1. Noţiuni introductive. clasificare Particulele solide conţinute în gazele de ardere se compun din cenuşa zburătoare, cocs zburător şi funingine.

Comportarea particulelor din norul de praf depinde de o mulţime de factori, şi anume: 1. diametrul particulelor; 2. distribuţia mărimii (diametrului) particulelor; 3. forma particulelor; 4. viteza de sedimentare; 5. proprietăţi fizice (electrice, de aderenţă, de solubilitate) ale particulelor; 6. concentraţia prafului în mediul gazos.

Alegerea tipului constructiv şi dimensionarea instalaţiilor de desprăfuire trebuie să se realizeze în funcţie de toţi factorii enumeraţi.

În figura 2.2 se prezintă o clasificare generală şi se indică procedeele de separare, funcţie de diametrul particulelor. De asemenea, se indică natura mişcării, domeniul de vizibilitate pentru diferite categorii de particule şi se exemplifică câteva categorii importante de praf şi fum.

Amestecurile bifazice praf-gaz sunt instabile şi tind să se separe, în timp, în cele două componente (faze).

Surse de poluare [17]

204

Figura 11.6 FIG. 2.2, Clasificarea şi procedeele de separare a particulelor solide din mediile bifazice

Factorii activi, principali, care provoacă această instabilitate, sunt:

forţa gravitaţională, sub acţiunea căreia particulele solide se separă repede în fluide aflate în repaus;

mişcarea browniană, datorită căreia particulele mici au tendinţa să coaguleze, formând particule mai mari şi să accelereze astfel procesul de sedimentare;

forţa de inerţie, care conduce la separarea fazei solide din faza gazoasă, ori de câte ori apar variaţii de viteză, ca mărime şi sens;

câmpul electric, sub acţiunea căruia particulele de praf se încarcă electric şi pot fi astfel separate din curentul de gaze, cu ajutorul unor separatoare, ce au polaritate electrică de sens opus.

Instalaţiile folosite pentru descenuşarea gazelor de ardere se împart, în consecinţă, în patru grupe mari:

o separatoare pe bază de forţe masice,

o separatoare umede,

o separatoare electrice, şi

o separatoare cu medii filtrante.

11.2.2.2 Separatoare pe bază de forţe masice Separatoarele pe bază de forţe masice se clasifică, în funcţie de natura forţei preponderente, în următoarele grupe:

separatoare gravitaţionale, care, la rândul lor, se împart în camere de depunere simplă, camere de depunere cu deflector respectiv pulverizatoare, şi

separatoare centrifugale, constituite din cicloane sau baterii de cicloane.

Reducerea emisiilor de praf [26, 2]

205

11.2.2.3 Separatoare umede Instalaţiile de captare a cenuşii pe cale umedă au apărut imediat după introducerea tehnologiei de ardere a cărbunilor în stare de praf, ca o măsură absolut necesară pentru desprăfuirea gazelor de ardere, înainte de a fi eliminate în mediul ambiant [7],

Separatoarele umede realizează reţinerea particulelor solide dintr-un curent de gaze, prin fixarea acestora de câtre un lichid de spălare. Gazul brut este adus, în primă fază, în contact cu lichidul de spălare. În cea de-a doua fază, particulele de praf sunt eliminate împreună cu lichidul.

Pentru descenuşarea gazelor de ardere se foloseşte, de regulă, apa. Aceasta fie se scurge sub formă de peliculă (în filtrele sistem Modav) [7], fie este pulverizată, cât mai uniform, în partea superioară a turnurilor de spălare (în scrubere). Cea mai mare parte a particulelor de praf se fixează pe picăturile de apă cu diametru relativ mare. Sub acţiunea câmpului gravitaţional, aceste picături mari de apă încărcate cu praf cad într-un bazin de colectare şi sunt eliminate. Picăturile fine de apă, antrenate de gazele de ardere, sunt reţinute în separatoare cu deflector sau cicloane.

Bazele teoretice ale separatoarelor umede sunt încă puţin cercetate. Aceste utilaje se fabrică de către întreprinderi specializate, în baza experienţei acumulate şi nu în baza unor calcule de proiectare riguroase. Cel mai eficient separator umed este separatorul cu tub Venturi.

În figura 2.11 este prezentată schema unei instalaţii de epurare a gazelor, având separator de praf cu tub Venturi. Injecţia apei se realizează în secţiunea minimă a ajutajului. Uniformizarea amestecului are loc în difuzor. Separarea picăturilor, care înglobează şi praful de cenuşă, se produce într-un ciclon.

Separatoarele umede au avantajul că, odată cu praful de cenuşă, se elimină şi eventualele gaze nocive prezente în gazele de ardere şi solubile în apă.

Pentru evitarea "transferării" problemei poluării aerului prin gazele emise de centralele termice spre poluarea apei şi solului din împrejurimi, se impune riguros epurarea apei ce a fost folosită în separatoarele umede.

11.2.2.4 Separatoare electrice Separatoarele electrice sau electrofiltrele reprezintă instalaţii deosebit de eficiente, cu ajutorul cărora se pot obţine grade de separare de peste 99 %, chiar şi pentru gazele de ardere ce conţin praf foarte fin.

Pentru separarea particulelor de praf dintr-un mediu bifazic sunt necesare următoarele faze: • încărcarea electrică a particulelor din mediul bifazic; • deplasarea particulelor de praf spre electrozii de depunere; • separarea prafului pe electrozii de depunere; • îndepărtarea materialului de pe electrozi, în vederea evacuării lui în afara electrofiltrului.

Electrofiltrele prezintă, faţă de alte soluţii tehnice, următoarele avantaje [6]: o consum specific de energie electrică redus, între 0,05 până la 0,5 kW/1000 m3 de gaz epurat; o rezistenţă hidraulică foarte mică, cuprinsă între 20 şi 150 Pa;

Figura 11.7 FIG. 2.11. Schema unei instalaţii de epurare, având

separator de praf cu tub Venturi: 1 - ajutaj Venturi; 2 - injecţie apă;

3 - ciclon; 4 - recipient de sedimentare; 5 - rezervor de apă; 6

- adaos de apă; 7 - pompă; 8 - nămol

Surse de poluare [17]

206

o posibilitate de a lucra până la 500 °C, atât în condiţii de depresiune, cât şi la suprapresiune; o grad înalt de desprăfuire, indiferent de mărimea debitului de gaze, de concentraţia prafului şi de mărimea particulelor; o posibilitate de automatizare completă a procesului de desprăfuire; o construcţie relativ simplă, relativ uşor de reparat şi exploatat.

11.2.2.5 Separatoare cu medii filtrante Separatoarele cu medii filtrante utilizează un material poros, care să reţină particulele de praf, atunci când este străbătut de câtre gazul brut. Ca materiale filtrante se folosesc ţesături din fibre sintetice sau naturale, precum şi umpluturi din materiale fibroase, grăunţoase sau ceramice.

în prezent, pentru desprăfuirea gazelor de ardere se folosesc pe scară industrială, pe plan mondial, un număr relativ mic de astfel de instalaţii de filtrare.

Filtrele au saci confecţionaţi din fibră de sticlă acoperită cu teflon, pentru a rezista condiţiilor vitrege de lucru. Cu toate că asemenea instalaţii realizează un grad înalt de separare (99,9 %), indiferent de mărimea particulelor de praf, răspândirea lor este frânată de dificultăţile de realizare şi exploatare a elementelor filtrante.

11.2.3 Concluzii şi recomandări Separatoarele de praf trebuie astfel construite şi exploatate, încât să se realizeze un consum minim de energie şi un grad de separare cât mai ridicat, în condiţii de fiabilitate maximă.

Mărimea particulelor de praf şi gradul de separare pentru diferite tipuri de separatoare de praf sunt în strânsă corelaţie.

Tabelul 2.2 indică valori orientative cu privire la gradul de separare, dependent de mărimea particulelor de praf, pentru fiecare din tipurile de separatoare de praf descrise succint, în paragrafele anterioare.

Dacă se are în vedere problema descenuşării gazelor de ardere, coroborând datele din tabelul 2.2 cu cele rezultate din figura 2.1, se poate trage concluzia că, pentru obţinerea concentraţiei prafului de 50 mg/m3

N în emisie în gazele de ardere, singurele instalaţii capabile de aceste performanţe sunt electrofiltrele şi filtrele cu saci.

Gradul de reţinere este ridicat, de peste 99 %, chiar şi pentru particulele mici, având diametrul sub 1 m.

Tabelul 11.15 Tabelul 2.2 Mărimea particulelor de praf şi gradul de separare pentru diferite tipuri de separatoare de praf.

Tipul separatorului de praf Mărimea particulelor separate [m]

Gradul de separare

Camera de depunere simplă 150-5000 0,40 - 0,60 Camera de depunere cudeflector

80 - 5000 0,60-0,80

Ciclon 50 - 5000 0,70-0,95 Multiciclon 5 - 2000 0,80 - 0,97 Separator umed 0,5 - 500 0,80 - 0,98 Separator cu saci 0,2 -100 0,92 - 0,99 Separator electric 0,01 - 50 0,90 - 0,99 Spaţiul necesar pentru diferite separatoare de praf poate fi estimat din Figura2.12.

Reducerea emisiilor de oxizi de sulf [26, 3]

207

Figura 11.8 FIG. 2.12. Spaţii necesare pentru diferite tipuri de separatoare de praf, în m3/1000 m3/h gaze: 1 - cicloane; 2 - multicicloane; 3 - multicicloane de presiune medie; 4 - spălare umedă, la presiune înaltă;

5 - filtru cu elemente filtrante; 6 - electrofiltru uscat; 7 - electrofiltru umed.

Se observă că electrofiltrele sunt instalaţii ancombrante (care încurcă trecerea), care necesită mult spaţiu de amplasare, în comparaţie cu celelalte tipuri de separatoare de praf.

Acest dezavantaj nu este însă major, comparativ cu avantajele pe care le eră electrofiltrul.

11.3 Reducerea emisiilor de oxizi de sulf [26, 3]

11.3.1 Generalităţi Emisiile naturale de SOx (vulcani, fumarole etc.) sunt în cantităţi imense (78-284 Mt SO2/an) şi sunt imposibil de redus sau de controlat [1], [2] şi [3],

Degajările antropice de SO2, ce rezultă ca emisii secundare din activitatea omului, reprezintă circa 150-200 Mt SO2/an şi ar putea fi reduse, dar, cu eforturi tehnice şi financiare considerabile. O mare parte se formează în procesele de ardere a combustibililor, care conţin sulf în compoziţia lor.

Emisiile de SO2 din termocentrale pot fi reduse în general prin:

1) epurarea combustibililor în faza de precombustie (pentru a reduce conţinutul de sulf) sau arderea unor combustibili superiori, nesulfuroşi, cum ar fi gazul natural;

2) măsuri primare, care constau în aplicarea unor tehnologii de ardere nepoluantă intracombustie, ca de exemplu arderea cărbunilor în strat fluidizat circulant sau desulfurarea promptă cu calcar sau dolomită;

3) măsuri secundare, care constau în desulfurarea postcombustie a produselor arderii (fumului), prin diferite procedee tehnologice costisitoare, înainte de evacuarea gazelor în mediul ambiant.

11.3.2 Epurarea combustibililor în faza de precombustie Numai o parte din sulful prezent în cărbuni sub forma unor combinaţii anorganice poate fi îndepărtată prin îmbogăţire (spălare în apă sau în medii dense).

Studiile economice asupra îmbogăţirii cărbunilor efectuate în diferite ţări [3], [6] au condus la concluzia că, în general, se justifică doar o îmbogăţire sumară a cărbunilor. Îmbogăţirea substanţială nu are efectele scontate în privinţa protecţiei mediului înconjurător.

Reducerea conţinutului de sulf al cărbunelui, până la limita ce ar permite respectarea normelor de emisie privind conţinutul de SOx în fum, ar conduce la creşterea preţului

Surse de poluare [17]

208

combustibilului în aşa măsură, încât cărbunele epurat nu ar mai putea fi utilizat economic în scopuri energetice [7], [8],

O situaţie similară se prezintă şi în cazul păcurilor sulfuroase. Desulfurarea păcurii în scopul reducerii sub 1 % a conţinutului de sulf reprezintă un procedeu cunoscut şi aplicat în marea majoritate a rafinăriilor de petrol din lume. Ca urmare, pe piaţa mondială se oferă în general două calităţi de păcură: una mai scumpă, dar cu un conţinut redus de sulf, sub 1 %, şi alta, mai ieftină, cu conţinut mai ridicat de sulf.

Pentru România, s-a luat hotărârea ca, începând cu anul 1996, să nu se mai comercializeze, în scopuri energetice, decât păcură cu conţinut de sulf puternic diminuat, comparativ cu situaţia anilor 1990-1995.

Practica industrială a dovedit că, în condiţiile respectării emisiilor limită de SOx impuse de legislaţiile în vigoare, este mai economic să se folosească păcură cu un conţinut de sulf mai redus, deoarece instalaţiile pentru desulfurarea gazelor de ardere necesită investiţii şi costuri de exploatare ridicate.

11.3.3 Măsuri primare pentru diminuarea producerii de oxizi de sulf

11.3.3.1 Arderea cărbunelui în stare de praf

11.3.3.2 Arderea în strat fluidizat Din datele prezentate rezultă că, pentru ca reacţia de calcinare şi absorbţie a dioxidului de sulf să fie suficient de rapidă, se impune ca temperatura în focar să fie de 850…1080 °C, Aceasta condiţie poate fi îndeplinită, dacă se foloseşte tehnologia de ardere a cărbunilor în strat fluidizat [30], [31],

Un strat fluidizat este un sistem în care un gaz, repartizat cu ajutorul unei grile de distribuţie (grătar sau duze de insuflare), este expulzat, de jos în sus, printr-un strat de particule solide, astfel încât particulele plutesc în curentul de gaz şi se află într-o agitaţie permanentă.

Comportamentul acestui mediu bifazic, în care particulele solide pot să se, mişte unele în raport cu altele, este comparabil cu cel al unui lichid care fierbe, de unde şi denumirea de strat fierbător.

Teoria arderii în strat fluidizat a fost elaborată în 1922 de către cercetătorii Winkler (Germania) şi Cidell (SUA), dar s-a aplicat la arderea cărbunilor în focarele generatoarelor de abur doar în ultimii 20... 25 de ani.

În principiu, procedeul constă în arderea particulelor de cărbune în suspensie într-un curent oxidant [31], deosebindu-se două situaţii limită, determinate de valoarea vitezei de insuflare a aerului:

1. arderea în strat fluidizat staţionar (fig. 3.3), şi

2. arderea în strat fluidizat circulant (fig. 3.4).

11.3.3.3 Concluzii Procedeul de reţinere parţială a oxizilor de sulf prin introducerea prafului de calcar în focar se caracterizează prin următoarele aspecte:

Instalaţie relativ simplă, materie primă ieftină, cheltuieli de investiţie şi exploatare mult mai mici decât în cazul altor procedee de desulfurare a gazelor de lidere.

Reducerea emisiilor de oxizi de sulf [26, 3]

209

Gradul de desulfurare obţinut în cazul arderii cărbunelui în strat fluidizat mai ales circulant) este ridicat şi asigură concentraţii de SOx în gazele de ardere inferioare concentraţiei limită, impuse de normele privind protecţia mediului înconjurător prin emisii.

Aplicarea acestui procedeu la arderea cărbunelui în stare pulverizată conduce la un grad de desulfurare modest, care necesită, de regulă, aplicarea unor măsuri secundare pentru desulfurarea corespunzătoare a gazelor de ardere. Din cauza temperaturilor înalte se produce sinterizarea particulelor de oxid de calciu sau chiar descompunerea sulfatului de calciu.

Se măreşte cantitatea de cenuşă care trebuie evacuată din instalaţia de ardere. în acelaşi timp se înrăutăţesc şi condiţiile de reţinere a prafului de cenuşă în electrofiltre, ca urmare a creşterii fineţei particulelor, dar mai ales ca urmare a măririi rezistivităţii lor electrice, datorită conţinutului sporit de sulf reţinut de cenuşă.

11.3.4 Măsuri secundare pentru desulfurarea gazelor de ardere

11.3.4.1 Clasificarea procedeelor Procedeele de desulfurare a gazelor de ardere sunt numeroase şi pot fi clasificate în următoarele grupe:

procedee uscate,

procedee semiuscate (cvasiuscate), şi

procedee umede,

În figura 3.6 se prezintă o clasificare mai largă a acestor procedee, precizându-se şi aditivul folosit.

Figura 11.9 FIG. 3.6. Clasificarea procedeelor de desulfurare a gazelor de ardere

În cazul procedeelor uscate se realizează o legare fizică (adsorbţie) a dioxidului de sulf.

La procedeul umed se realizează o legare chimică (absorbţie) a dioxidului de sulf într-o soluţie apoasă sau într-o suspensie.

Surse de poluare [17]

210

Între cele două procedee se situează procedeul semiuscat. Într-un reactor de evaporare, care este amplasat după electrofiltru, dar înaintea exhaustorului de gaze, se pulverizează o soluţie alcalină. SO2 se leagă de acest absorbant, atât din punct de vedere chimic, cât şi fizic, formând un produs care, în urma evaporării, se evacuează sub forma unor cristale fine, reţinute în instalaţia de filtrare.

11.4 Reducerea emisiilor de oxizi de azot [26, 4] Formarea oxizilor de azot în timpul arderii are loc pe baza azotului din aer şi a azotului conţinut în combustibil.

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

Respectarea normelor privind nivelul maxim admis al emisiilor de oxizi de azot la coş se poate planifica, luând în considerare două aspecte:

1. controlul mecanismului de formare a oxizilor de azot (în special NO) în focar, prin măsuri primare, şi

2. curăţirea gazelor de ardere de oxizii de azot, prin măsuri secundare.

Instalaţiile moderne de ardere aplică, în general, ambele posibilităţi.

Pentru condiţiile economice existente în ţara noastră, se consideră că metodele primare, deci de prevenire sau ponderare a procesului de formare de monoxid de azot în focar, ar fi mai uşor şi economic de aplicat, măcar într-o etapă de început. Din acest motiv, în cele ce urmează, se insistă asupra mecanismelor de formare a oxizilor de azot, în timpul procesului de ardere.

11.4.1 4.1.1.1. Mecanisme de formare a oxizilor de azot În timpul arderii se formează în special monoxidul de azot (NO).

Dioxidul de azot (NO2) reprezintă, în general, sub 5 % din totalul oxizilor de azot formaţi, denumiţi prescurtat NOx. În literatură nu există concordanţă asupra acestei valori.

Emisia de oxizi de azot NOx se exprimă în dioxid de azot NO2 deoarece, deşi în flacără se formează cu precădere monoxid de azot, ulterior, în canalele de gaze şi în atmosferă, acesta se transformă în dioxid de azot.

Literatura de specialitate [1], [2], [3], [18], [19] indică existenţa a trei mecanisme de formare a oxidului de azot (monoxidului de azot, în speţă), şi anume: 1. mecanismul termic de formare a oxidului de azot din azotul din aerul necesar arderii; 2. mecanismul de formare a oxidului de azot din azotul existent în compoziţia

combustibilului, şi 3. mecanismul formării oxidului de azot prompt sau timpuriu.

Deşi în focarele industriale nu se poate totdeauna preciza riguros care este ponderea fiecărui mecanism la formarea globală a oxidului de azot, sunt totuşi importante cunoaşterea şi înţelegerea lor, pentru a se lua măsuri de evitare sau limitare a fenomenelor, care generează formarea de oxizi de azot, acţionând asupra factorilor de influenţă specifici.

11.4.1.1 Factori de influenţă Se impune punerea în evidenţă a principalilor factori care influenţează viteza şi ponderea de desfăşurare a mecanismelor, şi anume:

1) parametrii de ardere: temperatura, concentraţia oxigenului în zona de ardere şi timpul de staţionare;

Reducerea emisiilor de oxizi de azot [26, 4]

211

2) proprietăţile combustibilului: puterea calorifică, conţinutul de azot, conţinutul în materii volatile şi reactivitatea.

În tabelul 4.1 se prezintă sintetic reacţiile de formare a oxizilor de azot, zona unde au loc, precum şi mărimile ce influenţează viteza lor.

Tabelul 11.16 4.1 Formarea oxizilor de azot NO şi NO2

Oxizii de azot Zona de

producere Mecanismul reacţiei Factorii de influenţă

termic flacără, zona de după reacţie

după Zeldovici: exces de aer: O + N2 = NO + N N + O2 = NO + O exces de combustibil: N + OH = NO + H

concentraţia de oxigen atomic,

timpul de reacţie, temperatură mai mare

decât 1300 °C.

NO prompt flacără

după Fenimore: CN + H2 = HCN*+ H CN + H2O = HCN* + OH CN + H2 = HCN* + N*

concentraţia de oxigen atomic,

coeficientul excesului de aer, .

din azotul din combustibil

flacără vezi capitolul 4.1.4.2.

concentraţia azotului în combustibil,

concentraţia oxigenului, coeficientul de exces

de aer X temperatura flăcării.

flacără după Fenimore:

NO + H2O = NO2 + H2 încetinirea bruscă a

reacţiei de ardere.

NO2 canale de gaze, coş de fum

după Bodenstein: 2 NO + O2 = 2 NO2

temperaturi < 650 °C, concentraţia oxigenului, timpul de reacţie.

atmosferă liberă

NO2 + ruv = NO + O O +O2 + M = O3 + M NO + O3 = NO2 + O2

concentraţia oxigenului, lumina solară, timpul de reacţie, gradul de murdărire a

atmosferei. *) produse care se vor transforma (considera) în NOx.

Cinetica reacţiilor cuprinde, pe lângă reacţiile de geneză a monoxidului de azot din azotul conţinut de combustibil, şi reacţiile de reducere a acestuia prin produsele rezultate din ardere, deci reacţiile de reformare a azotului şi oxigenului molecular (N2 şi O2).

Pentru mecanismul termic şi prompt, formarea oxizilor de azot rezultă din azotul molecular din aer. În cazul monoxidului de azot, având drept provenienţă azotul din combustibil, se consideră că azotul provine din diferite combinaţii, existente iniţial în combustibil.

Din numeroasele cercetări experimentale a rezultat unanim concluzia că, independent de tipul combinaţiei iniţiale a azotului în combustibil, monoxidul de azot se formează, în general, prin intermediul a doi compuşi, de forma HCN, respectiv de forma NHi.

Surse de poluare [17]

212

11.4.2 4.2. Măsuri primare pentru diminuarea producerii de NOx Din studiul genezei NOx se constată că principalii factori, care determină formarea într-o cantitate mai mare sau mai mică a acestei noxe, sunt temperatura ridicată şi excesul mare de oxigen, în zona de ardere.

Alături de aceşti factori trebuie luată în considerare şi calitatea combustibilului, concretizată prin conţinutul de azot şi puterea calorifică. În cazul cărbunilor, un rol deloc neglijabil îl are conţinutul de volatile, nu numai sub aspect cantitativ, dar şi sub alte aspecte, cum ar fi temperatura la care are loc degajarea lor, viteza cu care se desfăşoară acest fenomen etc.

Din punct de vedere tehnic, minimizarea producerii de NOx se realizează prin aşa-numitele măsuri primare, care, în fond, urmăresc scăderea simultană, în zona de ardere, atât a temperaturii cât şi a coeficientului excesului de aer, uneori chiar până la valori subunitare.

Aceste scopuri sunt atinse prin diverse metode, dar mai ales, prin aşa-numita metodă de ardere în trepte, care se aplică atât la nivelul focarului, cât şi la nivelul arzătorului.

11.4.3 4.3. Măsuri secundare pentru denoxarea gazelor de ardere Aplicarea măsurilor primare determină o scădere importantă a concentraţiei oxizilor de azot în gazele de ardere ce părăsesc focarul, dar nu totdeauna şi suficientă pentru a corespunde normelor internaţionale privind emisia de NO* pe coşul instalaţiilor de ardere.

În scopul respectării acestora şi deci a protejării mediului ambiant, trebuie să se procedeze - dacă este nevoie - şi la o curăţire (denoxare) a gazelor de ardere. Astfel de măsuri sunt denumite măsuri secundare şi ele urmăresc reţinerea (legarea) oxizilor de azot din gazele de ardere, înainte ca acestea să fie eliminate pe coşul de fum, spre mediul ambiant.

Instalaţiile pentru reţinerea oxizilor de azot din gazele de ardere, cunoscute în general sub denumirea generică de instalaţii DENOX, s-au dezvoltat, având la bază diverse procedee necatalitice sau catalitice care, la rândul lor, se bazează pe fenomene de absorbţie, adsorbţie, reducere termică, descompunere şi reducere chimică.

Adesea, procedeele de denoxare se "contopesc" sau se "înlănţuiesc" cu cele le desulfurare a gazelor de ardere. în principal, se practică procedee uscate şi umede, aşa cum sunt prezentate în tabelul 4.5. în toate cazurile, procedeele cuprind mai multe etape, ce se deosebesc prin complexitate, nivel al investiţiilor şi calificare a personalului de deservire.

Tabelul 11.17 Tabelul 4.5 Procedee umede şi uscate de denoxare, respectiv denoxare şi desulfurare simultană

Denoxare Denoxare şi desulfurare

Procedee umede

oxidare/adsorbţie; adsorbţie/reducere; absorbţie/oxidare.

oxidare/absorbţie; absorbţie/reducere; oxidare/reducere.

Procedee uscate

reducere necatalitică selectivă (SNCR); reducere catalitică selectivă (SCR), în

sistem high dust (gaze ne-desprăfuite) sau low dust (gaze desprăfuite) cu varianta "end tail"; reducere neselectivă (NSR).

adsorbţie/reducere; radiaţie cu jet de electroni.

În instalaţiile mari se aplică, în general, procedeele SCR (reducere catalitică selectivă). Se deosebesc două variante:

Reducerea emisiilor de oxizi de azot [26, 4]

213

sistem high dust, când gazele de ardere ne-desprăfuite trec întâi prin catalizator, caz în care electrofiltrul este unul normal, iar instalaţia de desulfurare, în cazul în care urmează celei de denoxare, nu va trebui să suporte decât concentraţii reduse de amoniac. Dezavantajele procedeului constau în gabaritul sporit şi durată de viaţă mai redusă ale catalizatorului, respectiv faptul că cenuşa conţine amoniac;

sistem low dust, când amoniacul nu mai ajunge în electrofiltru şi regimul de lucru (gabarit şi durată) ale catalizatorului sunt îmbunătăţite deoarece gazele sunt desprăfuite. Dezavantajele sunt legate de faptul că electrofiltrul trebuie să funcţioneze la temperaturi înalte, existând riscul înfundării lui cu sulfat de amoniu şi praf fin, iar în staţia de desulfurare, în cazul că este amplasată după, va exista o concentraţie considerabilă de amoniac. Varianta "end tail" (la coadă) este uzuală.

Un rol secundar, uneori însă foarte eficient, în special în instalaţiile mici, îl au însă şi procedeele SNCR (reducerea necatalitică selectivă).

În tabelul 4.6 se prezintă o clasificare a diferitelor procedee de eliminare a NO din gazele de ardere.

Tabelul 11.18 Tabelul 4.6 Procedee de eliminare a NO* din gazele de ardere

Absorbţie

în soluţie de NaOH şi NaOCl; în soluţie 5-15 % de H2NSO3H în acid sulfuric; prin reacţii gaz/solid, patul de reacţie fiind CaC, NajCCh,

CaC03, CaO etc.

Adsorbţie cărbune activ: mordenit (alumino-silicat cristalin); turbă îmbibată în alcali.

Procedee ne-catalitice

Reducere termică

cu pulbere de cocs la 900-1 000 °C; cu N2H4 la 750-850 °C; cu NH3 la 950-970 °C; cu uree la 900-980 °C; cu hidrocarburi C1-C4 la 980 °C.

Descompunere pe amestec de oxizi metalici (Cu, Ni, Fe, Cr), la temperaturi de peste 1000 °C.

Procedee catalitice

Reducere

cu H2 şi catalizator pe bază de Pt, Pd, Ni, Cr, cu NH3 şi catalizator pe bază de TiO2, combinat cu V2O5

sau WO3; cu CO şi catalizator pe bază de oxid de cupru, oxid de

crom, cromit de cupru; cu hidrocarburi (CH4), folosind catalizatori platinici sau

neplatinici (cromit de cupru activat cu zinc sau bariu); cu amestec de gaze reducătoare, ca de exemplu NH3 şi

etanol pe catalizator Pd/Al2O3 sau NH3 şi CO pe catalizator Ca/SiO3

Măsurile secundare - în general mult mai costisitoare decât cele primare - se vor aplica doar în situaţia în care cele primare nu fac faţă. În general, în funcţie de combustibilul utilizat, de măsurile primare aplicate şi de tipul focarului, în gazele de ardere, s-au măsurat concentraţii ale NOx de la 300 la 1800 mg/m3

N. Drept agent reducător se foloseşte de obicei amoniacul.

Reacţiile de reducere pentru procedeele SCR şi SNCR sunt identice, deosebirea constând doar în regimul de temperatură la care ele decurg [47], [46],

Surse de poluare [17]

214

Prezenţa catalizatorului (la procedeul SCR) determină reducerea energiei de activare, deci reacţiile se vor desfăşura la temperaturi mai scăzute, faţă de cazul procedeului SNCR.

În gazele de ardere se găseşte cu precădere NO (95 %). Acest oxid nu este solubil în apă, deci procedeele umede nu-şi găsesc decât o aplicabilitate redusă.

Măsurile secundare şi primare nu trebuie aplicate ca alternative exclusive, ci ca modalităţi ce se completează reciproc

11.5 !Aplicaţii

11.6 Bibliografie [26]