echipamente de depoluare in cte

8/3/2019 Echipamente de Depoluare in CTE

1/35

Echipamente de depoluare n CTE.

1

IMPACTUL ECOLOGIC AL CENTRALELOR ELECTRICE CU CICLU TERMODINAMIC

Tipul factorilor poluani produi de C(T)E i mediile asupra crora i exercit efectele

Sectorul energiei (neles ca ansamblul sistemelor de extracie, transport, transformare, distribuie,

utilizare a energiei) este o activitate cu puternic impact asupra mediului. Cele mai mari surse depoluare sunt sursele de electricitate; practic ele produc toate tipurile de fluxuri, de masi energie,care intrn categoria poluanilor. Numeroi factori poluani (factori nocivi sau noxe) apar datoritactivitii umane. Noxele fizicei chimice pot fi fenomene, substane sau cmpuri: care nu existau anterior activitii umane respective (n aceast categorie intri noxele a cror

prezenn naturera extrem de rarnainte de manifestarea activitii umane respective). care existau anterior n natur, dar a cror prezens-a amplificat mult prin activitatea uman. Un

exemplu tipic n acest sens l constituie CO2 din atmosfer.Ele perturbmediuli ciclurile naturale prin aciuni directe sau indirecte.

n analiza ecologictrebuie sidentificm: sursa de poluare (n cazul de faCE, la modul generali CTE n special); factorul poluant (cmp, substan, etc)i tipul de poluare; sistemul poluat (receptor sau int)i modul n care se exercitefectele asupra sa; limitele de poluare suportabile; cilei mijloacele de a reduce efectele polurii.

Tipul polurii Agentul poluantGaze de ardereSoluii chimice

Poluare chimic sub form de substane miscibile sausolubile

Cenu(unele comp.)Apde rcire

Poluare fizicdirect, sub formde cldurGaze de ardere

Zguri cenuPoluare fizicdirect, sub formde substaneVapori de ap

Poluare fizic indirect CO2 (efect de ser)Unde sonoreUnde electromagnetice

Poluarea

produsde C(T)E

Poluare fizicdirect, sub formde oscilaii, undei cmpRadiaii ionizante

Mediul poluat Exemple

Poluare chimicsau radioactivprin infiltraii de soluiiApele subterane

Poluare termicprin infiltrare de apcaldSchimbarea destinaiei unor terenuri, scoaterea lor din circuitulagricolPoluare fizici chimicprin depozite de zguri cenu

Solul (poluarepedologicigeologic)

Amplasarea unor mase mari (baraje la CHE, fundaii, etc).Poluare fizic, chimicsau radioactivprin pulberii gaze nocivePoluare termicla turnurile de rcirei prin gazele de ardereAtmosferaPoluare fiziccu vapori de apPoluare chimicsau radioactivprin evacuare de soluiiPoluare termicprin apcald

Apelesupraterane

Schimbarea circulaiei unor fluxuri de ap(n special la CHE)Efectele indirecte ale factorilor de mai sus asupra mediului de via

Poluarea

produsde C(T)E

Biosfera

Ingerarea de noxe chimice sau radioactive


2/35


2

Extinderea razei geografice i temporale de aciune a factorilor poluani

Raza efectului Exemple

Local(civa km) Poluarea pedologicPoluarea cu cenuzburtoare

Zonal(zeci de km)Poluarea termica apelor de suprafa

Fenomene de tip ploaie acid (datorate SOxi NOx)Regional(sute de km) Poluare radioactivn caz de accident

Scara

geografic

de poluare

Global(ntreaga planet) Contribuia la efectul de ser(n principal prin CO2)

Efectele ecologice regionale pot cuprinde suprafeele a mai multe ri i pun problema polurilortransfrontaliere (poluatorul se afl ntr-o ar iar inta n alta). Limitarea polurilor regionaletransfrontalierei a polurii globale necesitacorduri interstatale.

Efectul factorului timp asupra intensitii polurii

Regimul de lucru Exemple

Poluarea cu gaze de ardere, cenuzburtoarePoluare n regim defuncionare normal 1 Poluarea termica apelor de suprafaViituri provocate de ruperi de baraje la CHE

Dup situaiile

n care aparepoluarea

deosebim: Poluare accidental2Poluare radioactivn caz de accident nuclear

Intervalul de timp Exemple

nainte de PIFPoluarea din activitatea de construcie a centraleiide realizare a echipamentelor acesteiaPoluarea din funcionarea propriu zisa centralei

n cursul exploatriinormale Poluare din activiti conexe funcionrii centralei (de

exemplu la minele de crbune, fabrici de apgrea, etc)

n cursul exploatrii nsituaii accidentale Vezi mai sus

Dupterminareaexploatrii

Lucrri de dezafectare (re-ecologizarea amplasamentului)

Dup scaratemporala poluriideosebim:

Pe ntreaga duratde via Totalul activitilor de mai sus 3

Exprimarea noxelor la emisie i imisie. Fluxuri de noxe globalei raportate.

Noxele pot fi exprimate n diverse moduri. Duplocul de exprimare deosebim noxe: la emisie (surs) mod de analizutil pentru analiza de impact a unei surse; la imisie (receptor, sistemint) - permite evidenierea polurii unui mediu (aer, ap, etc).

Dupmodul de analizcantitativnoxele se pot exprima: ca mrimi absolute (cantiti, fluxuri); ca mrimi raportate, fie sub formde concentraii n mediul n care se face diluia (gaze de ardere,1 Are loc cu fluxuri masice i energetice mici dar pe durate de timp mari. Aceasta se datoreazeliberrii

permenente, continuei eventual controlabile a fluxurilor de noxe ce apar n regimul normal defuncionare a centralelor.2 Apare n regimuri accidentale, cnd se pot elibera ntr-un interval scurt de timp cantiti mari de substanei/sau energie, cu efecte catastrofice. Pentru studiul acestor situaii se dezvoltanalize de risc ce trebuiesdetermine amploarea efectelori probabilitatea de apariie a evenimentelor cu efecte ecologice grave. La

situaii de tip catastrofic se determin probabilitatea admis a evenimentelor conform principiuluiALARA (As Low As Reasonable Achievable).3 Pentru integrare pe durata de viaa centralei a efectelor noxelor accidentale cu cele normale trebuiesseinseama de probabilitatea de apariie a accidentelor.


3/35


3

aer, ap) fie raportate la efectul util al instalaiei poluatoare (n cazul de fa la energie).Exprimarea noxelor sub formraportateste deosebit de utilpentru normarea noxelor admisibile.

Concentraia de noxe la emisie, n agentul purttor, reprezintraportul ntre fluxul de noxe i fluxul de

agent purttor care evacueaz aceste noxe. Exemplu, pentru CTE: ]..

[3

_2

agm

mg

N

emisSO . Acest tip de

concentraie la emisie este supusunor limitri prin reglementri specifice. Acestea trebuie sprevadinclusiv modul de exprimare a fluxurilor de agent purttor.Concentraia de noxe la imisie reprezintraportul ntre cantitatea de noxe i cantitatea de agent poluat

de aceste noxe. Exemplu: ][3

_2

aerm

mg

N

emisSO . Concentraia la imisie poate fi cobortprintr-o ct mai bun

dispersie a noxelor n mediul poluat.

Istoric primele norme au fost cele referitoare la imisiile de noxe. Evidenierea efectului unei surse laimisie este dificil atunci cnd mai multe surse i exercit influena de acelai tip asupra aceluiaireceptor.

Cantitilei fluxurile globale de noxe la emisie se pot exprima sub diferite forme: cantiti totale de noxe eliberate accidental 4; cantiti totale de energie eliberate accidental 5; cantiti totale de noxe (energii) eliberate n funcionarea normal a centralei pe durata de via; fluxuri masice [kg/s], volumice [ smN/3 ] sau de energie [kW, MW] n funcionarea normal.Exprimarea cantitilori fluxurilor globale permite evidenierea impactului unui obiectiv, dar nu

permite compararea ntre ele a diverselor obiective cu producii diferite. n acest ultim scop suntnecesari indicatori raportai de tip concentraii la emisiei la imisie, factori de emisie, etc.

Dup posibilitatea de reutilizare, evacuare sau stocare controlat noxele pot fi:

a) noxe reciclabile sau care pot fi transformate relativ uor n substane reutilizabile. Zgura i cenuasunt substane neutre chimic. Acestea pot fi folosite ca umplutur sau ca materie prim ntr-o altindustrie. Ex: cenua cu coninut de calcar se poate folosi la fabricile de ciment. cenua cu bauxitse poate folosi la fabricile de alumin. cenua neutr, ce conine silicai, poate fi folosit ca material de umplutur n amenajarea

terenurilor sau n construcii, granulaia sa fiind comparabilcu cea a nisipului.b) neutralizabile pot fi transformate n cadrul procesului de reinere a noxelor n centrale n substaneutile sau n substane nepericuloase.

SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2O ( ghips)HCl + NaOH NaCl + H2O ( sare)

c) noxe care pot fi evacuate controlat prin diluie ntr-un mediu astfel nct concentraia sscadsublimitele admisibiled) noxe stocabile controlat. Ex: noxe puternic radioactive.

4 De exemplu inventarul de substane radioactive evacuate n mediu la un accident nuclear, sau cantitatea

de apdin lacul de acumulare la o spargere de baraj CHE.5 De exemplu inventarul de radioactivitate asociat substanelor evacuate n mediu la un accident nuclear(innd seama i de tipul de dezintegrri, energia radiaiilori durata de njumtire), sau cantitatea deenergie din lacul de acumulare, la o spargere de baraj CHE.


4/35


4

Noxe de ardere. Combustibili energetici: tipuri, caracteristici

Principalele caracteristici ale combustibililor energetici clasici sunt legate de: starea de agregare: combustibili solizi, lichizii gazoi; compoziia chimic(participaii masice sau volumice ale diferitelor componente 6); puterea calorific cantitatea de cldur degajat prin arderea complet a 1 kg de

combustibil solid sau lichid sau a 1m3Nde combustibil gazos

7

; necesarul de aer de ardere i producia de gaze de ardere umede (coninnd vapori de ap)

i uscate (frvapori de ap), exprimate n m3Nde aer sau de g.a. pentru 1 kg de combustibilsolid sau lichid sau pentru 1m3N de combustibil gazos i determinate din ecuaiile chimice deardere;

coninutul de substane volatile, dintre acestea cele organice influeneazinflamabilitatea.Pentru combustibilii solizii lichizi compoziia elementarse exprimn participaii masice

Ex. numericeNr.

Componente

rincipaleCompoziia elementar Notaia

Pcur Lignit

1a Procentul de Carbon organic 8 CO

83 201b Procentul de Hidrogen organic HO 8,5 21c Procentul de Oxigen organic 9 OO 1 7,41d Procentul de Nitrogen organic 10 NO 1 21e

Procentede masorganic,

Morganicdin care: Procentul de Sulf organic 11 SO 3,5 0,6

1

TOTAL MASORGANIC2a Procentul de Sulf din sulfuri 12 Ssulfuri - 0,222b

Procente demasanorganic TOTAL MASANORGANIC A 1 28

3 Procentul de umiditate W 2 404 Verificare compoziie Morganic+ W + A = 100

C; H; O; N S0 Ss M WtSulf UmiditateaMasa

organicconvenional organic sulfur

Masa min.necomb. higroscopic de mbibaie

6Aceasta influeneazatt caracteristicile ecologice cti pe cele de ardere.7 Produsele de ardere conin ap provenit din umiditatea iniial sau din arderea hidrogenului. Dupstarea de agregare n care se gsete aceastap, deosebim: A) Puterea calorificsuperioarHs, cnd apase gsete n stare lichidi a cedat, prin condensare, cldura latent de vaporizare; i B) PutereacalorificinferioarHi, cnd apa se afln stare de vapori.8 Acesta produce prin ardere CO2, care participla efectul de ser.9

Prexistena oxigenului n masa organicreduce necesarul de oxigen din aer pentru ardere.10 Azotul organic poate oxida prompt, producnd NOX, responsabil, alturi de SOX , de ploaia acid.11 Influeneazproducia de SO2i SO3 (prescurtat SOX), care participla fenomenele de ploaie acid.12 La temperaturile din focar pirita se descompune iar Sulful provenit din ea oxideaz.

(o) Masa organic

(mc) Masa combustibil

(anh) Combustibil anhidru

(a) Proba uscat la aer

(i)Proba iniial


5/35


5

Exemplu de clasificare a crbunilor dupgradul de ncarbonizareClase Grupe

1. Turb

2. Crbune brun

2.1. Crbune brun pmntos2.2. Crbune brun lemnos (lignit)2.3. Crbune brun mat

2.4. Crbune brun lucios (smolos)3. Crbune brun huilos

4. Huil

4.1. Huilflambant(cu flacrlung)4.2. Huilde gaz4.3. Huilgras4.4. Huilde cocs4.5. Huilslabdegersant4.6. Huilantracitoas

5. Antracit

n afarde crbune se pot utiliza ali combustibili solizi: fosili (isturi bituminoase, OrinOil); biomas(lemn, deeuri de lemn, paie); deeuri combustibile industrialei urbane .a.Pcura este un subprodus de la distilarea petrolului. Compoziia elementara sa depinde de cea a

petrolului bruti de adncimea de extracie de la procesul de distilare13. Pcura folosituzualn CTEi CET poate fi cu coninut de Sulf ridicat (> 2%), mediu (0,52%) sau redus (sub 0,5%).

Puterea calorific superioar a combustibililor solizi sau lichizi se poate determina pe caleexperimental, sau prin calcul pornind de la analiza elementar(n procente):

Formula Mendeleev Hs = 339C + 1256H + 109 (S O) [kJ/kg]

Conform definiiei puterea calorificinferioarse determinpornind de la cea superioariinndseama de cldura latentde condensare a vaporilor de ap(2 509) kJ/kg:

Hi = Hs 2509 (9H/100+W/100) [kJ/kg]

Formula Mendeleev Hi = 339C + 1256H + 109 (S O) 25,1 (W + 9H) [kJ/kg]

Pentru combustibilii gazoi compoziia elementarse exprimn participaii molare:

fH2; fCO; fH2S; fCH4

==== ====

====

nj

jj

CH

CHf

1

4

4

; fC2H6; fC3H8; fC4H10; fC5H12; .a.m.d.

gaze de sond, asociate zcmintelor petroliereCombustibilgazos fosil gaze naturale din pungi frhidrocarburi lichide

gaz de cocserieCombustibil gazosdin industrie gaz de furnalCombustibil gazos sintetic, obinut din comb. solizi sau lichizi: gaz de gazogen

Dupsursdeosebim:

Biogaz combustibil gazos de fermentaie

13 Cu ct petrochimia extrage mai multe produse albe (ex. prin hidrogenare sau cracare termicicatalitic) scade procentul de pcuri crete participaia de hidrocarburi grele n pcur.


6/35


6

Compoziia combustibililor gazoi variazmult n funcie de surs. n afarde gaze combustibileei pot sconini gaze care nu participla ardere (N2; CO2,.a.). n plus: comb. gazoi industriali (gaze de cocs, de furnal etc.) conin particule solide, din care unele

pot fi combustibile; compoziia la utilizare poate sdifere n raport cu cea de la surs.

n calcule aceti combustibili sunt tratai ca amestecuri de gaze. Puterile calorifice superioariinferioarale amestecului se determinca medii aritmetice ponderate ale puterilor calorifice alecomponentelor: fiecare componenteste luatcu ponderea molarn amestec; pentru fiecare componentHii Hs se raporteazla 1m3N, iar rezultatul se obine n aceeai UM; valorile Hii Hs pe componente sunt determinate exact, experimental; componentele necombustibile se iau cu puteri calorifice nule14.

Denumirea Formula Hi [kJ/1m3

N]

Hidrogen H2 10 742Oxid de Carbon CO 12 635

Hidrogen sulfurat H2S 23 381 Metan CH4 35 707Etan C2H6 63 572Propan C3H8 91 023

Butan C4H10 118 339Pentan C5H12 145 767Etilen C2H4 59 461Propilen C3H6 86 402

js

nj

jjs HfH =

=

=1

ji

nj

jji HfH =

=

=1

Componentele care prezint pericol ecologic sunt C (din CO2 , COi hidrocarburi) i S (dinH2S).

Necesarul de aer de ardere i producia specific de gaze de ardere umede i uscate,exprimate n m3N de aer (sau de g.a.) pe 1m

3N de combustibil gazos se determintot pornind de la

ecuaiile de ardere pe componente, apoi se face media aritmeticponderatmolar, pentru amestec.

Noxe de ardere totalitatea noxelor legate de procesul de combustie.Mrimea noxelor de ardere este puternic influenatde: calitatea combustibilului; tipul tehnologiei de ardere; folosirea instalaiilor de reinere a noxelor.

Din punct de vedere al calitii combustibilului, mrimile cele mai importante sunt:Hi - puterea calorificinferioar;C coninutul de carbon depind de compoziia elementarS coninutul de sulfA coninutul de substananorganic ][ 30

lcombustibi

Na kg

aermL - cantitatea de aer rezultatn urma arderii stoechiometrice

]..[ 3_0lcombustibi

Nuscatga kg

agmV cantitatea de gaze de ardere uscate rezultate n urma arderii stoechiometrice

]..[ 3_0lcombustibi

Numedga

kg

agmV cantitatea de g.a. umede rezultate n urma arderii stoechiometrice

14 Aceasta reduce puterea calorificinferioara amestecului.


7/35


7

Att concentraiile de noxe cti factorii de emisie sunt rapoarte ntre fluxuri dar fiecare dinfluxurile de la numrtori numitor este proporional cu debitul de combustibil. Acesta permite can expresia concentraiilori factorilor de emisie s nu intervin elemente legate de mrimeainstalaiei.

Factori de emisie de noxe de ardere la instalaiile energetice.

Prin definiie:PutereW

Cantitatef noxe

energie

noxeemisie

========

Explicaie:

Energie

Masa

kWh

g

kWPutereh

gDebit

kg

g

h

s

kWPuteres

kgDebit

Puteref noxenoxe

noxemasic

noxe

noxe

noxemasic

noxeemisie =

===

=

][

][][10][106,3

][

][33

D.p.d.v. dimensional pentru o noxsub formde substancantitatea se poate exprima n uniti de

masi:

====

kWh

g

W

Masaf

energie

noxeemisie

Obs. 1: n factorul de emisie energia de la numitor poate fi cea primar (dezvoltatprin ardereacombustibilului) sau cea util(la CTE cea electric).Obs.2: Nu toate noxele produse sunt emise. Unele pot fi reinute n C(T)E. Aceasta face ca factorulde emisie s depind att de producia de noxe (pentru noxele de ardere aceasta este dictat nmare msurde compoziia combustibilului) cti de factorul (factorii) de reinere.

Influena calitii combustibilului asupra noxelor de ardere. Exemplu pentru factorul de emisiede CO2.

n cazul CO2, din cauza debitelor mari i costurilor extrem de ridicate, nu se practic(momentan)

reinerea. Ca urmare emisia de CO2 este egalcu producia. Poluatorii trebuie splteasctaxede CO2 ($/t CO2).

=

=

lcombustibi

COorganic

lcombustibi

CO

Catomica

COmolaraorganicCO kg

gC

kg

g

A

MCMasa 222

21000

12

44

1001000

100 _

_

=

=

s

kg

A

MCB

g

kg

kg

gMasa

s

kgBDebit CO

Catomica

COmolaraorganics

CO

CO

lcombustibi

COCO

lcombustibisCO

22

2

22

22_

_3

10010

[ ]

==

kgkJ

Hs

kgBkWPPutere isardereprindezvoltatitermicitcardereprindezvoltatatermica ______

Dacenergia de la numrtor este cea dezvoltatprin arderea combustibilului, avem:

[ ]

=

=ardereprindezvoltatatermica

COorganic

itermicitc

COCO

primenergrapCOemisie kWh

gC

HkWP

skgDebit

f___

66__

_2

2

2

2 12

44

100

106,3106,3

Factorul de emisie raportat la energia dezvoltat prin ardere este caracteristic combustibilului;pentru reducerea sa trebuie sse utilizeze un combustibil cu un raport Corganic/Hi ct mai mic (ex.gazul natural).

n al doilea caz:

[ ] netislivratielectricinettcutilaelectrica kgkJ

Hs

kgBkWPP

== __

=

=livrataelectrica

COorganic

netilivratielecticitc

COCO

electrenergrapCOemisie kWh

gC

HkWP

skgDebitf

_

6

_

6.___

2

2

2

2 12

44

100

106,3

][106,3


8/35


8

Factorul de emisie raportat la producia de electricitate depinde nu numai de caracteristicilecombustibilului ci i de tehnologia de conversie termodinamic (prin intermediul randamentuluicentralei).Observaii: 1. pentru CO2 nu se practicmsuri de reinere;

2. Raportul C/Hi este puternic dependent de calitatea combustibilului datorit factorului c principala component organic care determin valoarea Hi este

chiarC. De obicei combustibilii cu procent mare de CauiHimare.

Combustibilul ce minimizeazfactorul de emisie de CO2 este gazul natural, la care:- ponderea Cn masa combustibileste mai micdect la hidrocarburile grele (la CH4 este

75 %, fade (n general) peste 85 % la pcur);- Hi exprimat n kJ/kg este mai mare dect la hidrocarburile lichide n principal datorit

ponderii mai mari aH n masa combustibilului (CH4: Hi = 50000 kJ/kg, pcur: Hi =39000 kJ/kg).

Folosirea gazului natural permite tehnologii avansate de conversie termodinamic(ciclu combinatgaze-abur) care majoreazrandamentul brut al centralei la peste 50 %.

Influena calitii combustibilului i a tehnologiilor de reinere asupra noxelor de ardere.Exemple pentru factorii de emisie de SO2i de cenu zburtoare

Factorul de emisie de SO2 n cazul absenei instalaiilor de reinere:

100032

64

1001000

100_

_

__

22

2=

= lcombustibi

lcombustibi

produsSO

Satomica

SOmolaralcombustibiprodusaSO

S

kg

g

A

MSMasa

=

ardereprindezvoltatatermica

produsSOlcombustibi

i

primenergrapSOproductie kWh

gS

Hf

___

_6

___

2

2 32

64

100

106,3

i acesta este caracteristic combustibilului.

n prezena instalaiilor de reinere:

=

lcombustibikg

emisSOscruberretinereSO

focarretinereSO

lcombustibiemisaSO kg

gff

SMasa

_

__2

_2_

2

2)1()1(1000

32

64

100

])[1()1(32

64

100

10*6,3

__

__2

_2

6.__

_2

2ardereprindezv


focarretinereSO

lcombustibi

i

primaraenergrapSOemisie kWh

gff

S

Hf =

Factorul de emisie raportat la cldura dezvoltat prin ardere caracterizeaz combustibilul,tehnologiile de ardere i pe cele de reinere suplimentar a SO2. Dac se dorete raportarea laenergia util:

])[1()1(32

64

100

106,3

_

__2

_2

6.__

_2

2

livrataelectr


focarretinereSO

lcombustibi

neti

electrenergrapCOemisie kWh

gff

S

Hf

=

Factorul de emisie raportat la producia de electricitate caracterizeaz A) combustibilul, B)tehnologiile de arderei de reinere suplimentara SO2i C) tehnologia de conversie.

Factorul de emisie pentru cenu zburtoare (innd seama de reinerea n cazan i la evacuare).

=

lcombustibi

cenusazguraanorganiccenusazgura kg

gAMasa && 1000100

=

ardereprindezvoltatatermica

cenusazguraanorganic

i

primenergrapcenusazguraproductie kWh

gA

Hf

___

&6

__&_ 100

10*6,3

=

livrataelectrica

cenusazguraanorganic

neti

electricaenergrap cenusazguraproductie kWh

gA

Hf _&

6

__ &_ 100106,3


9/35


9

])[1()1(100

10*6,3

__

_.__._

_&

6.__

.__ardereprindezv

emiszbcenfiltruretinerezbcen

focarretinerecenzgura

anorganic

i

primaraenergrapzbcenemisie kWh

gkk

A

Hf =

Este o caracteristica combustibilului, tehnologiilor de ardere i de reinere suplimentara zguriii cenuii. Dacse dorete raportarea la energia util:

])[1()1(

100

106,3

_

_.__._

_&

6__

.__

livrataelectrica

emiszbcenfiltruretinerezbcen


anorganic

neti

electricaenergrapzbcenemisie

kWh

gkk

A

H

f

=

Este o caracteristica combustibilului, tehnologiilor de ardere i de reinere suplimentara zguriii cenuiii tehnologiei de conversie.

Observaii:1. La centrale pe pcur focarretinerecenzgurak

_& este neglijabil. Pentru procente de anorganic de 2 3 % pot

rezulta concentraii de cenumai mari dect cele admisibile din normele severe chiaricentrale pe pcurtrebuie dotate cu electrofiltre.

2. La centralele pe crbune se pot realiza coeficieni de reinere n focar de ordinul 1/4 pnla 1/3.Datoritcotei mari de anorganic, concentraia de cenuzburtoare la ieirea din focar rezult

mai mare ca cea admisibili impune folosirea filtrelor.n general tehnologiile de ardere aplicate instalaiilor industriale necesitreducerea granulaiei lacombustibilul solidi mrirea vitezei n focari cazan pentru intensificarea procesului. D.p.d.v.ecologic aceasta mrete antrenarea cenuii i micoreaz factorul de reinere a cenuii n focaroblignd la folosirea unor sisteme eficiente de filtrare.

Concentraiile de noxe de ardere la emisie.

Se determinprin raportarea fluxului de noxe la fluxul de agent purttor.Exemple pentru concentraiile de SO2i cenuzburtoare n gazele de ardere:

Fie un combustibil care necesit pentru ardere stoechiometric o cantitate ]kg

aerm

[L lcombustibi

3N0

a i

dezvoltprin arderea stoechiometrico cantitate de gaze de ardere ]kg

.a.gm[V

lcombustibi

3N0

ga . n condiiile

reale de ardere, cu coeficientul de exces de aerevacuare cantitatea realde gaze de ardere va fi:

]..

[)1(3

00

lcombustibi

Naevacuarega

realga kg

agmLVV +=

Prin raportare avem:

]..

[)1(

)1()1(100032

64

100

3

_

00

_2

_2

_22

2 agm

g

LV

ffS

V

Mc

N

emisSO

aevacuarega

scruberretinereSO

focarretinereSO

lcombustibi

realga

SOemisaSO

+

==

]..

[)1(

)1()1(1000100

3

_

00

_._

_&

___

agm

g

LV

kkA

V

Mc

N

zbcen

aevacuarega

filtruretinerezbcen


realga

zbcenemisazbcen

+

==

Aceste concentraii caracterizeazcombustibilul, tehnologiile de arderei de reinere suplimentara SO2, respectiv zgurii i cenuii.Observaii: concentraiile se raporteazla cantitatea de gaze de ardere uscate; pentru a permite comparaia ntre diferite caliti de combustibil i tehnologii de ardere se

recomandsnu se lucreze cu coeficientul real de exces de aer la evacuare, ci cu un coeficient

echivalent corespunztor unei anumite concentraii de O2 n g.a. uscate15

.

15 Spre exemplu se considerg.a. uscate cu 3 % O2, corespunztor unui exces de aer de 7/6.


10/35


10

Factorul de emisie de NOxi concentraia de NOx n gazele de ardere la emisie.

Azotul ce se transformn NOx poate proveni din componena organica combustibililor solizi saudin aer. Cea mai mare parte a NOx din ardere este sub form de NO. Dup mecanismele de

formare a NO deosebim: NO termic format n flacrprin oxidarea moleculelor de N2 din aer16.

Necesitun aport energetic pentru a rupe moleculele de N2. Formarea NOtermic este intensificatlaT de ordinul a 1500 K. n plus producia de NOtermic este proporional cu rdcina ptrat aconcentraiei O2. NO din combustibil sau prompt format prin oxidarea Norganic din combustibil.

Dei mecanismele de producere sunt mai puin stpnite matematic, este general admis cNO dincombustibil se produce i la temperaturi mai mici de combustie. Cantitatea de NO crete cu

procentul de Norganici cu concentraia n O2 din flacr, fiind mai puin dependentde temperatur. NO precoce rezultdintr-o combinaie a proceselor de mai sus17i produce o fraciune

micde NO.NO2i N2O sunt forme de NOx a cror producie la ardere este neglijabil. n plus durata de viaa N2O la temperaturi sub 1500 K este de 10 ms.

n aceste condiii compoziia combustibilului influeneaz n mult mai micmsur producia deNOx, factorul de emisiei concentraia de noxe, preponderentfiind tehnologia de ardere.Cum pentru oxidarea azotului trebuie sse ndeplineascsimultan doucondiii: atmosferbogatn oxigen; temperaturridicatde lucru;Tehnologia de ardere trebuie sse asigure: un exces mic de aer n zonele cu temperaturi mari; temperaturredusn zonele cu exces mai mare de aer.Tipurile de msuri pentru reducerea noxelor de ardere:a) Clasificare dupmodul de aciune:

- msuri care eliminsau reduc producia unor noxe prin alegerea parametrilori tehnologiilor

avantajoase (utilizarea de arztoare cuNOx redus);- msuri pentru reinerea noxelor n procesul tehnologic sau pe conturul dintre acesteai mediu

(reinere cenuzburtoare);- msuri de neutralizare a unor noxe i transformarea lor n substane nepericuloase; ele se

combincu cele de reinere;- msuri de dispersie a noxelor emise pentru a minimiza efectul la imisie (folosirea courilor ct

mai nalte);- msuri de stocare temporarn condiii controlate a noxelor reinute, neutralizate.

b) Clasificare dup locul n care intervin msurile de reducere a noxelor n raport cu procesultehnologic: msuri primare:

care intervin n amonte de procesul de ardere i se refer la elemente care in decompoziia combustibilului;

care intervin n cadrul procesului de ardere i se refer la alegerea unor tehnologiiadecvate tipului de combustibili centralei.

msuri secundare: care intervin nainte de eliminarea fluxurilor mari de masctre mediulambianti care se bazeazpe tehnologii de reinere, neutralizare.

msuri teriare: care intervin n faza de dispersie n mediu a noxelor care nu au fost reinutei stocare controlata noxelor care au fost reinute.

16 Mecanismul de formare al NOtermic a fost descris pentru prima oarde Y. ZELDOVICH en 1946. El a fost

dezvoltat ulterior de ali autori..17 Ca i n cazul NOtermic , sursa de azote este N2 din aer, dar acesta din urm este supus unor reacii deoxidare cu radicali ai hidrocarbonailor, iar compuii astfel formai recioneazdupun mecanism apropiatde cel al NO din combustibil.


11/35


11

Msuri primare de reducere a noxelor de ardere.

Msuri primare, ce se refer la mbuntirea calitii combustibililor, prin tratarea acestora

Tipurile de msuri trebuie corelate cu combustibilul utilizat:La combustibilul gazos se justificpretratarea numai n cazul unor surse bogate n sulf organic

(H2S); este mai eficientreinerea S din combustibil dect din gazele de ardere, n plus se reducefectele corozive.Pentru pcur se poate justifica tratarea n vederea desulfurrii n special la sorturile cu

coninut mare de S. Procedeele de desulfurare sunt relativ scumpe i ridicpreul pe toncuvalori de ordinul zecilor de $. Costul desulfurrii unei tone de pcureste apropiat de diferenade predintre pcura cu coninut redus de sulfi cea sulfuroas.Desulfurarea se poate face lasurs(rafinrie) sau la central.

Pentru crbune se pot aplica procedee fizice care s micoreze coninutul de substaneanorganice (prin sortare pe ciururi vibratoare sau rotative; prin splare) sau procedee care sreduc umiditatea (prin stocare bun sau prin uscare n afara slii cazanelor preuscare acrbunelui). Aceste procedee duc la creterea Hii la reducerea masei orare de combustibil la

aceeai producie de electricitate.Observaii:- n cazul sortrii crbunelui pe ciur, n fracia care se separ exist componente

combustibile care se pierd. La splare umiditatea combustibilului crete.- Cldura pentru preuscare provine din ciclul termodinamic, n timp ce la uscarea n mori

provine direct din cazan. La preuscare separatde cea din mori se pierd volatile. D.p.d.v. al instalaiilor centralei msurile descrise pot necesita adaptri n gospodria decombustibil.

Tehnologii de ardere

Tehnologiile de ardere se aleg n funcie de tipul combustibilului, de compoziia i de proprietilesale. Cerinele tehnicei ecologice pentru aceste tehnologii sunt:

atingerea temperaturii de inflamabilitate a combustibilului de baz18; realizarea unei suprafee de contact ct mai mari ntre combustibili comburant19; asigurarea unui timp suficient de remanena combustibilului n zona de ardere; arderea sfie completatt din punct de vedere chimic20 cti fizic 21; produsele de ardere snu fie nocive; cantitatea de aer sfie apropiatde necesarul pentru arderea stoechiometric, dar mai mare22.Principalii parametri care definesc aceste tehnologiile de ardere sunt:- modul de fragmentare a combustibilului (amestec turbulent - pentru gaze, pulverizare - pentru

comb. lichid, tiere, sfrmare, concasare sau mcinare- pentru comb. solizi);- coeficientul optim de exces de aer, n raport cu necesarul pentru ardere stoechiometric;- forma flcrii, modul de asigurare a timpului de remanena combustibilului n flacr;- modul de evacuare a produselor de ardere (n special a celor solide).18 aceasta permite reducerea pnla anulare a necesarului de combustibil suport pentru ardere;19 pe aceastcale se intensificshimbul de masi cldur;20 n sensul cn g.a. nu trebuie sexiste gaze combustibile, cum ar fi CO;21 n produsele de ardere snu existe vapori, picturi de lichid sau particule solide (zguri cenun focar,

praf n g.a.) de substane combustibile care fie nu au participat la ardere fie au rezultat din ardereincomplet(cocs - la arderea imperfecta pcurii);22 reducerea debitului de aer micoreazpierderile prin cldura sensibila gazelor de ardere, dar o scdere

excesivpoate sducla ardere incomplet.


12/35


12

Exemple de tehnologii de ardere

Arderea pe grtar a combustibililor solizi cugranulaie mare sau medie. Necesit uncoeficient mare de exces de aer, realizat prinintroducerea aerului n trepte (aer primar -

pe sub grtari aer secundar pe lnggrtari/sau pe deasupra acestuia). Zgura seevacueazde la partea inferioar a grtarului,sau chiar de sub grtar. Timpul de remanen

pe grtar este bun, totui apar nearse n zgur.Se folosete la cazane micii cel mult mediii laincineratoare de deeuri. Temperaturile redusede ardere coboar producia de NOx. Pentrucombustibilii inferiori se poate folosi si uncombustibil suport.

Arderea n pat fluidizat a combustibililorsolizi de granulaie mic. Meninerea nsustentaie se realizeaz prin introducereaaerului pe la partea inferioar , viteza marede curgere i dimensiunile mai mici alegranulelor. Timpul de remanenn strat estemare, coeficientul de exces de aer e mai micdect la arderea pe grtari nearsele scad.Evacuarea cenuei se face din stratul de lasuprafa. Se poate folosi la cazane medii imari, dar nu foarte mari. Temperatura deardere rmne cobort. Este considerat otehnologie curatecologic. Permite folosireaunor adaosuri pentru desulfurare.

Arderea turbionara combustibililor solizi subform de praf se folosete la cazane mari i foarte mari. Permite valori coborte aleexcesului de aer, n condiiile unui procent micde nearse. Forma turbionara flcrii asigurtimpul de remanen , iar mcinarea fin

mrete suprafaa de contact ntre particule icomburant.

Arderea pulverizata combustibililor gazoiilichizi. Se poate folosi la diverse mrimi decazane. Permite valori coborte ale exces aer,cu nearse foarte mici. Timpul de remanennu

pune probleme speciale. Pentru comb. lichizinecesit pulverizare fin pe cale mecanic

(presiune, cuprotativ) sau gazodinamic(cuabur).

Comb.

Cenu

Aer

Aer primar

Comb.

Aer secundar

Aer sec.Aer sec.

Zgura

Zgur,Cenu

Comb.Comb.


13/35


13

Influena tehnologiilor de ardere asupra emisiilor de noxe.

Aditivarea combustibililor lichizi grei se face n dublu scop: Fluidizarea pcurii pentru mbuntirea manipulriii arderii Reinerea SO2 n focari transformarea sa ntr-un produs solid netoxic.

n primul caz efectul ecologic se datoreaz mbuntirii arderii i a randamentului cazanului,precumi reducerii nearselor chimicei mecanice.n al doilea caz se folosesc aditivi cu MgO n stare de pulbere fin, meninutn suspensie. n focarau loc reaciile:

MgO + SO2MgSO3 (sulfit de magneziu)MgO + SO3MgSO4 (sulfat de magneziu).

Coeficientul de reinere realizat este limitati nu crete semnificativ la mrirea cantitii de aditivi.Concentraia aditivului n pcur trebuie corelat cu coninutul de sulf al acestuia, datoritcreterii cheltuielilor cu coninutul de aditivi. Determinri experimentale au artat ci n cazul

unei concentraii de MgO n exces n raport cu cea necesarn reaciile stoechiometrice, cota carereeacioneazrmne mic.

Deoarece la creteri liniare ale aditivului se obin efecte tehnicei economice din ce n ce mai micise limiteaz concentraia acestuia n pcur la valori sub stoechiometrice pentru care cota dereinere a SO2i SO3 prin reacie cu MgO n focar este de 3035 %. Mai mult de jumtate din

MgO nu particip la reacie; el creeaz numai o anumit densitate de molecule pe m3 pentru a

mrii probabilitatea de reacie.

Rezultatele obinute depind de tipul sistemului de ardere, temperatura n focari distribuia ei, tipulflcrii, excesul de aer, modul de pulverizare al pcurii i amestecul acesteia cu aerul i aditivul,temperatura peretelui focarului.

Principala metod de reinere a SO2 i SO3 n focare cu ardere n pat fluidizat esteamestecarea crbunelui n concasor cu particule de calcar CaCO3. La temperatura din focarCaCO3 se descompuneCaCO3CaO + CO2 , iar CaO reacioneazcu SO2i SO3:CaO + SO2CaSO3 (reinerea SO2 n sulfitul de Calciu)CaO + SO3CaSO4 (reinerea SO3 n sulfatul de Calciu) reinerea SO2 n focari transformarea sa ntr-un produs solid netoxic.

teoretic

MgO carereacioneaz

limit stoechiometric

real

g MgO/kg pcur

reinere care se poateobine n focar


14/35


14

Arderea n pat fluidizat face ca particulele de crbune s rmnun timp ndelungat n zona detemperaturmare, mrind probabilitatea de reacie ntre CaOi gaze.Coeficientul de reinere n focar a SO2i SO3 atinge uzual valori de 4050 %. Cea mai mare partedin sulfati sulfit rmne sub formde cenureinutn focar, iar partea de cenuzburtoare se

poate reine uor n electrofiltru datoritcreterii granulaiei acesteia (la msurile teriare).

Coeficientul de reinere a substanelor solide anorganice n focarele cu ardere n pat fluidizat estemult mai bun ca la arderea turbionar, deoarece:- dimensiunile medii ale particulelor sunt mai mari;- viteza gazelor de ardere la partea superioar a stratului fluidizat este mai mic dect n

flacra turbionar(timp mai mare de staionare).

Arderea crbunelui n pat fluidizat contribuie la reducerea noxelori prin mbuntirea arderii, arandamentului cazanului, precumi prin reducerea nearselor chimicei mecanice.

Msuri pentrureducerea emisiilor de noxe la arderea pulverizat a crbunelui.Reinerea SO2i SO3 n focar se realizeazasemntor cu procedeul de la arderea n pat fluidizat.

Calcarul preconcasat se introduce odatcu crbunele n mori, unde este uscati mcinat pnla ogranulaie foarte fin. Reaciile din focar sunt de acelai tip. Spre deosebire de arderea n pat

fluidizat:- timpul de staionare n focar este mai mic (reduce probabilitatea de reacie: ca urmare

coeficientul de reducere a SO2i SO3 scade la valori sub 25 %.- granulaia CaSO3i CaSO4 rezultatdin reacii este mult mai fin, iar viteza de circulaie a

gazelor este mare.Pe ansamblu se mrete antrenarea pulberii solide, odat cu cenua zburtoare, iar reinerea

propriu-zisse va face la electrofiltru.

Reducerea produciei de NOx n focar (n raport cu arderea turbionar) la arderea n patfluidizat.Azotul ce se transformnNOx poate proveni din componena organica combustibililor solizi saudin aer. Pentru oxidarea azotului trebuie sse ndeplineascsimultan doucondiii: Atmosferbogatn Oxigen Temperaturridicatde lucru.Tehnologia de ardere n pat fluidizat asigurun exces redus de aer, n condiiile unei temperaturimai mici n zona de combustie dect la arderea pulverizat , fapt ce scade sensibil producia de

NOx.

Intensificarea arderii a fost o direcie de cretere a temperaturii, de intensificare a transferului de

clduri de reducere a consumului de metal, cu efecte pozitive d.p.d.v. al cazanului, dar cu efectenegative asupra produciei deNOx.

Avantajul arderii n pat fluidizat n raport cu arderea turbionar a crbunelui este dat dereducerea temperaturii n focar prin rcirea patului fluidizat prinevi imersate n acesta, produciadeNOx scznd de 35 ori.

Arderea turbionarcureinerea zgurii n stare lichidca metodde cretere a coeficientului dereinere n cazan a substanelor solide anorganice.Pentru crbuni cu Hi (putere calorific) suficient de mare temperatura din focar poate sdepeasctemperatura de nmuiere a zguriii cenuiii chiar temperatura de topire a acesteia.

n stare lichid fenomenele de antrenare sunt mai mici iar fenomenul de adeziune contribuie laaglomerarea picturilor mari i la depunerea lor pe perei. Drenarea zgurii topite se facegravitaional. Evacuarea lichidmrete coeficientul de reinere n focar. Dezavantajul const n


15/35


15

necesitatea realizrii unui focar separat nercit n care temperatura sfie ct mai apropiatde ceateoretic de ardere, n caz contrar temperatura scade ca urmare a radiaiei spre pereii cu eviecran i nu se poate atinge temperatura de topire a zgurei. Dac ntr-un focar clasic se atingetemperatura de topire a zgurei aceasta ajunge scurgpeste evile din plnia focarului i s sentreascprovocnd distrugeri sau blocri de circulaie.

Folosirea unui focar separat de nalt temperatur are cteva dezavantaje funcionale iconstructive:- faptul c focarul este nercit impune ca cea mai mare parte a cazanului sse dezvolte n

mod convectiv;- pereii focarului trebuie realizai din materiale refractare care sreziste la temperatura de

topire a cenuii, snu corodeze la curgerea zgurii peste pereii sofere o izolaie termicbun.

Dezavantajul ecologic este datorat creterii produciei de NOx termic deoarece temperatura detopire a zgurii este comparabilcu cea de oxidare a azotului.

Construcia de arz toare cu producie redus de NOx n sisteme de ardere turbionarpulverizatpentru combustibili gazoi, lichizii solizi sub formde praf.Principiul general folosit pentru reducerea de NOx n ardere turbionar este evitareasimultaneitii celor dou condiii enunate anterior (temperatur ridicati coninut mare deOxigen), n sensul c:

- n nucleul flcrii unde temperatura este foarte ridicat atmosfera trebuie s fie uorreductoarei amestecul (coninutul de Oxigen) sfie sub stoechiometric;

- n zona perifericunde se terminarderea i unde se realizeazexces de Oxigen (pentruardere complet - ardere suprastoechiometric) temperatura s fie mai micdect cea deoxidare a azotului (sub cea de formare aNOx termic).

Acest principiu ne conduce lanecesitatea introduceriicomburantului n trepte sau chiarla ideea recirculrii unei cote degaze de ardere cu coninut deOxigen mic i care s aib rolulde a rcii flacra fr a mriiaportul n Oxigen.

Diferitele intrri de comburanttrebuie s creeze straturi

concentrice n raport cu axulflcrii.

Exemplul din figura de mai sus, care se refer la un arztor de crbune praf, folosete 4 canaleconcentrice: Canalul central pentru aerul primar. Canalul inelar semicentral pentru aerul (gazele de ardere) de transporti crbunele praf Canalul inelar semiexterior pentru realizarea unei perdele de separare i rcire din gaze de

ardere recirculate, cu coninut redus de Oxigeni temperaturmic.

Canalul inelar exterior pentru aerul secundar.

Aer de transport +crbune praf

Perdea de separare;g.a. recirculate.

Aer secundar

Aer primar


16/35


16

Construcia concret a arztoarelor uscate cu coninut redus de NOx trebuie adaptat la tipulcombustibilului, sistemului de transport (pneumatic, antrenare cu gaze de ardere, aer) etc.

Pentru pcur reducerea produciei de NOx se mai poate realiza i prin folosirea sistemelor depulverizare cu abur, sau prin pulverizarea amestecului pcur-ap. La temperatura ridicat dinfocar, vaporii de apse combincu Cdin coxul pcuriii degajgaze combustibile care determin

apariia unei atmosfere reductoare.C + H2O CO + H2Folosirea emulsiei ap-pcurare n plus un efect pozitiv prin vaporizarea brusca apei.

Construcia dearztoare cu NOx redus, la ITG:Dificultile meninerii concentraiei deNOxn limite acceptabile la ITG moderne provin din faptulc:

- prin creterea continu a temperaturii n ciclu s-au atins i chiar depit temperatura deformare aNOxtermic;

- camera de ardere este nercitsau slab rcit;- ncrcarea specificn camera de ardere este foarte mare;- coeficientul de exces de aer este foarte mare.

Primele sisteme cu NOx redus la camerele de ardere la ITG (indiferent dac ele utilizeazcombustibil gazos sau lichid) au fost de tip umed cu injecie de apn nucleul flcrii. Dezvoltarea

procedeelor uscate pentru cazanele energetice au condus la aplicarea oxidrii n trepte i lacamerele de ardere ale ITG, n construcii de tip DLN (Dry LowNOx).

Arderea cu trepte de combustibili comburant (aer) se bazeaz pe realizarea unui zoneintermediare, cu exces de combustibil, n care NOx-ul, deja format n urma arderii, sse reduclaazot molecular. Mediul reductor se realizeaz cu ajutorul radicalilor de hidrocarburi proveniidin descompunerea combustibilului. Prin urmare, combustibilul trebuie introdus n doutrepte, ceade-a doua treaptavnd rolul de a forma mediul reductor pentru NOx-ul format anterior. Pentru alimita formarea de NOxi n prima zonde injecie a combustibilului, excesul de aer va fi mai micdect cel necesar arderii complete. Pentru a oxida combustibilul nears, rmas din prima zondeinjecie, precum i pe cel introdus n cea de-a doua zon , este necesarexistena unei a treia zonen care s se introducaerul necesar pentru arderea completa combustibilului. Astfel, zona dereducere a NOx-ului devine o zonintermediar.

Cele trei zone formate, prin aplicarea procedeului de ardere cu trepte de combustibil i comburant(aer), se remarcprin urmtoarele:

I. n prima zonse arde combustibil ntr-un mediu uor oxidant. Cantitatea de combustibil injectatn aceast zon dezvolt prin ardere circa (80 85) % din puterea termic total. n urmaarderii rezultNOx. Cantitatea de NOx formateste cu att mai miccu ct ponderea puteriitermice dezvoltate prin ardere este mai mic fa de puterea termic total. Pentru a reduce

formarea de NOx se introduce un exces de aer mai mic dect cel necesar pentru ardereacompleta combustibilului. Aceasta face ca, la ieirea din aceastzon, sexiste o cotmicdecombustibil nears. Cu ct excesul de aer este mai mare dect cel stoechiometric, cu attcantitatea de NOx rezultat n urma arderii este mai mare. Arztoarele folosite pot fi obinuitesau cu NOx redus. Prin folosirea arztoarelor cu NOx redus se combin , practic, doumsuri

primare de reducere a NOx. n principiu, orice tip de combustibil fosil poate fi ars prin acestprocedeu.


17/35


17

Arderea cu trepte de combustibil i de comburant (reburning)

II. La intrarea n cea de-a doua zonse injecteazdoar combustibilul complementar, formndu-seo zoncu exces de combustibil. Se creeazastfel un uor deficit de aer (de oxigen), ce dnaterela un mediu reductor. Aici, NOx-ul format n prima zonse reduce, n prezena radicalilor dehidrocarburi, n compui ai azotului (HCN, NHx), iar apoi n azot. Pentru a diminua formarea de

NOx dupprima zon, ar fi bine ca la intrarea n cea de-a doua zoncombustibilul suplimentars nu conin azot (sau s fie ct mai puin). Chiar dac reaciile elementare din zona dereducere sunt foarte multe (peste 200), datorit faptului c sunt extrem de rapide timpul destaionare a gazelor de ardere n aceastzondepinde efectiv de viteza de amestec ntre acestea

i combustibilul injectat. Cu ct aceastvitezeste mai mare, cu att timpul de staionare estemai mic i nlimea acestei zone scade. Prin urmare, combustibilul complementar ideal estegazul natural. Chiar dacpreul gazului natural este ridicat, n comparaie cu pcura grea saucrbunele, totui, pe lng faptul c respect integral condiiile anterioare, acesta are i alteavantaje: nu conine sulfi nici substane anorganice. Mai mult, cantitatea de cldurdezvoltatde combustibilul complementar reprezintdoar (15 20) % din puterea termictotal. Pcurauoareste, de asemenea, de preferat n locul pcurii grele sau a crbunelui.

III. La intrarea n cea de-a treia zonse introduce restul de aer, astfel nct sse atingexcesul deaer dorit. n aceastzonse completeazarderea hidrocarburilor nearse i a CO. n prezenaaerului, azotul rezidual (rmas din prima zon) se poate transforma n NO. Chiar dacn zona a

doua se reduce circa (70 80) % din NOx-ul format n prima zon, totui NO format n cea de-atreia zonscade rata generalde reducere a NOx, prin acest procedeu, la circa (50 60) %.

Acest procedeu se poate aplica att la generatoarele de abur noi, cti la cele retehnologizate.

n concluzie,arderea cu trepte de combustibil presupune mprirea procesului de ardere n treizone. NOx-ul format n prima zon(de ardere principal), n care are loc o ardere obinuit , esteredus la azot molecular n cea de-a doua zon (de reducere a NOx), prin injecie de combustibil.

Arderea se finalizeaz n zona a treia (de completare a arderii), prin injectarea restului de aernecesar arderii ntregii cantitii de combustibil.

combustibil

combustibil

aer

aer

Zona III

Zona II

Zona I

3 > 1

1 1,1

2 0,9)

gaze deardere

Mediu oxidant

Mediu uor oxidant

Mediu reductor


18/35


18

Gazeificarea combustibililor inferiori ca metodde reducere a impactului CTE asupra mediului(msurprimarde reducere a noxelor de ardere)

Gazeificarea este un proces fizico-chimic ce are loc la temperatur ridicati controlat ntr-unmediu substoechiometric d.p.d.v. al coninutului de oxigen i bogat n vapori de ap. Scopul

gazeificrii este obinerea unui combustibil gazos pornind de la combustibilul greu.

Exemple de reacii:

C +21

O2CO

C + H2O CO +H2

D.p.d.v. al schimburilor de energie cu exteriorul n cazul gazeificrii apar att reacii exoterme cti endoterme. Pentru anclanarea reaciei este nevoie de aport de cldurdin exterior, dupcareprin echilibrul dintre reaciile exotermei endoterme temperatura n reactorul de gazeificare poateajunge la valoarea optimizatpentru proces.

D.p.d.v. energetic:- orice reactor de gazeificare este caracterizat printr-un randament subunitari are pierderi

de tipul celor de la cazan: radiaie, convecie, nearse chimic;- n gazeificator se rein substanele provenite din partea anorganica combustibilului; totui

existi antrenri;- dintre substanele organice, majoritatea trec n gazul de gazogen;

D.p.d.v. al tipurilor de procese de gazeificare se pot face clasificri dup:a) presiune: - sub presiune mare

- sub uoarsuprapresiuneb) comburantul folosit: - aer

- oxigenc) procedeul folosit pentru a menine particulele de combustibil greu n fluxul de comburanti ap:

- pe grtar fix- pe grtare mobile- n pat fluidizat- n stare pulverizat

Calitatea gazului de gazogen depinde de compoziia elementar a combustibilului i de tipulprocesului utilizat.

Principalele avantaje ecologice ale gazeificrii sunt legate de:1. posibilitatea folosirii gazului de gazogen n special cnd este produs la presiune mare n cadrul

unor tehnologii de conversie a energiei cu randamente bune, care reduc factorul de emisie peunitatea de energie util , de exemplu: ciclul combinat gaze-abur ofer randamente mari,suficiente scompenseze pierderile reactorului de gazeificare.

2. simplificarea problemelor de reinere i evacuare a produselor solide provenite dincomponentele anorganice (zguri cenu); aceasta se datoreazunor tehnologii de gazeificarecu antrenare mic. Partea antrenatsub formde cenuzburtoare n gazul de gazogen estemai uor de reinut dintr-un debit mai mic (n raport cu cel al gazelor de ardere) i volumspecific mai mic (corespunztoare presiunii de gazeificare mai nalte).

3. posibilitatea desulfurrii mai eficiente i mai ieftine n cazul gazului de gazogen dect n cazulgazelor de ardere (vezi observaia de mai sus).


19/35


19

Temperatura de producere a gazului de gazogen este ridicat; acest lucru face dificil filtrarea idesulfurarea. Pentru tratare gazul trebuie rcit pnla temperaturi comparabile cu cele pe care leau gazele de ardere la captul rece al cazanului. Aceasta se poate realiza prin bucle de rcire-renclzire, sau prin recuperarea cldurii din gazul de gazogeni folosirea ei n ciclul cu abur.

Tendina modernde integrare a gazeificrii n ciclul termodinamic oferavantaje energetice i

ecologice deoarece:- aburul folosit la gazeificare poate provenii din ciclul de conversie termodinamic;- cldura recuperatde la gazeificator se poate folosi n ciclul termodinamic;- impactul asupra mediului este mai mic dect la o centralcare arde direct crbunele;- eficiena economic a gazeificrii este influenat de calitatea combustibilului care se

gazeific; aceasta limiteazfolosirea ligniilor romneti.

Msuri secundare, bazate pe tehnologii de reinere a noxelor de ardere.

Msurile secundare se bazeaz pe reinerea noxelor din gazele de ardere naintea evacurii lor nmediu. Ele sunt specifice fiecrei componente ce trebuie reinut, iar cerinele legate de modul dedesfurare a procesului pot s aib caracter contradictoriu. Acest ultim fapt influeneaz schema decirculaie a gazelor de ardere la captul rece al cazanului.

Filtrarea gazelor de ardere are ca scop reinerea cenuii zburtoare.Dupprincipiul de lucru filtrele de cenupot fi:

- mecanice-

electrostatice (electrofiltrele).Filtrarea mecanic umedse bazeaz pe forele de adeziune i se realizeaz trecnd g.a. prin perdele de ap (uvie saupicturi) sau pe ln perei uzi cu cergere n film. Necesit cantiti mari de ap. n energetic sefolosete rar. Exist soluii la care filtrarea pe alte principii se combin cu drenarea umed.

Filtrarea mecanic uscat se poate realiza:A) n filtre sac sauB) n filtre centrifugale.

azot

aer

abur

oxidant

gaz degazogen

gaz degazogen

gaz degazogen

crbune

prepararecrbune gazogen

instalaie de

preparare aoxigenului

rcire gaz degazogen

filtrare gaz degazogen

ciclu combinatgaze-abur frpostcombustie

Instalaie de gazeificare

ap


20/35


20

A) Filtrele sac sunt realizate din esturi dese din material termorezistent avnd ochiurile mai micidect particulele. Coeficientul de reinere al filtrelor sac este foarte bun, cea ce le face obligatorii ncazul unor substane solide foarte periculoase.

Principalele dezavantaje:- pierderea mare de presiune n procesul de filtrare trebuie compensat printr-o cretere

suplimentar de presiune n ventilatorul de gaze, mrind astfel consumul de energie alserviciilor proprii;- nfundarea filtrului mrete pierderea de presiune n cursul funcionriii necesitcurare

periodic;- necesitatea prevederii unor filtre suplimentare aflate n curire pe perioada n care

celelalte asigurfiltrarea.

Toate aceste dezavantaje limiteazextinderea acestor filtre pe scarlarg. Ca urmare, dei filtrelesac au eficien foarte bunde reinere, acestea se folosesc n special la separarea produselor cunocivitate mare (de exemplu la reinerea noxelor solide de la incinerarea unor deeuri organiceradioactive).

B) Filtrele centrifugale (ciclon)au un corp cilindric cu ax vertical cu intrarea gazelor de arderece conin cenu zburtoare pe la partea superioar , pe direcietangenial. n micarea turbionarcenua se centrifugheaz. Laatingerea peretelui viteza particulelor scade i cenua secolecteazn plnia tronconicde la partea inferioar. Gazele deardere se extrag central pe direcie vertical.

Pentru a compara mrimea forei centrifuge cu cea a foreigravitaionale scriem tangenta unghiului dintre rezultant iverticali ajungem la un raport de acceleraii, denumit criteriulFroud, criteriu de similitudine care guverneazcentrifugarea:

gR

w

nalagravitatioaacceletati

centripetaaacceletati

gR

w

gmR

wm

G

FFroud centrifuga

===

==2

_

_

22

Creterea criteriului Froud se poate realiza prin: creterea vitezei, soluie care intensificdepunerea, dar intensifici reantrenarea existena

unui optim al vitezei particulei pentru care eficiena de reinere este maxim. n plus, cretereavitezei intensificeroziuneai mrete pierderile de presiune.

scderea razei (filtre multicilon); i n acest caz cresc eroziunile i pierderile de presiune, nplus se majoreaz consumul de metal iniial (prin existena mai multor filtre) i consumul demetal pe durata de viaa instalaiei (datoritcreterii eroziunii filtrele se schimbdes).

Filtrul ciclon reine bine particulele de dimensiuni mari, dar nu permite reinerea de particule foartemici.Eficiena de reinere a cenuii n filtrele ciclon este suficient pentru cazane mici i cel mult medii,dar pierderile de presiune pe partea de gaze de ardere sunt nc mari.

Filtrarea electrostatic a gazelor de ardereeste cea mai eficienti mai rspndit n energetic.

Tensiunile de alimentare sunt de ordinul 3070 kV, iar intensitatea cmpului electric depete100_kV/mi trebuie meninutla limita "conturnrii" prin descrcare n gaze, frscurtcircuitarea


21/35


21

sursei de c.c.23.

Filtrele electrostatice au corp prismatic cucirculaie orizontal a gazelor de ardere,

prin mai multe cmpuri nseriate.

Cmpul electric este realizat ntreelectrozii: negativi, de ionizare, ce au forma unor

srme sau benzi cu vrfuri (pentruamplificarea efectului Corona)i

pozitivi, de depunere (realizai sub forma unor table verticale drepte sauprofilate).

Particulele solide atrase de table sedepun 24.

Drenarea se poate face: uscat (prin scuturare); umed (prin film de ap).Elementul adimensional care determin eficiena de reinere este raportul ntre timpul mediu destaionare a g.a. n E.F.i timpul mediu de depunere a particulelor:

..

..

ag

depunere

depunere

ag

depunere

stationare

w

w

d

L

w

d

w

L

R ===

Creterea acestui raport se poate realiza prin: mrirea lungimii filtrului: Lcmp (47) m; mrirea numrului de cmpuri: campcampuriEF LnL = ; scderea distanei dintre electrozi: d (0,20,3) m; creterea wdepunere: wdepunere (0,10,2) m/s; scderea vitezei g.a.: wg.a. (1,52,5) m/s.Obs.: Pentru a crete wdepunere, sisteme moderne utilizeaztensiuni de alimentare [kV] ct mai mari.Pentru a menine intensitatea cmpului electric [kV/m] la limita "conturnrii", distana dintreelectrozi d [m] va crete cu tensiuneai deci cu wdepunere.

Eficiena de reinere (kreinere):..11 ag

depunere

ww

dL

Rretinere eek

== poate depi 99%.

Principalul avantaj energetic i economic este dat de pierderea de presiune foarte mic(mult maimic ca la filtrele ciclon), fapt ce reduce consumul suplimentar de energie electric alventilatoarelor de gaze.

Eficiena electrofiltrului este foarte mare la particule de dimensiuni mici. Filtrarea electrostaticpermite eficiene foarte ridicatei ncadrarea concentraiei de cenuzburtoare n cele mai severenorme ecologice.

23

n acest scop EF moderne utilizeazsurse de c.c. pulsatoriu de frecvenaudio (mai mare dect frecvenaindustrial), cu redresare prin dispozitive statice (tiristori), comandate pe fiecare semiperioadn funcie detendina de evoluie a curentului n semiperioada anterioar.24 Forma tablelor trebuie sevite reantrenarea (vezi buzunarele din dreptul electrozilor de ionizare).


22/35


22

Msuri secundare de reducere a emisiilor de NOx

Reducerea selectiv non-catalitic (SNCR Selective non-catalytic reduction)SNCR este un procedeu de reducere a NOx la azot molecular, prin injecia unui reactiv ntr-o zoncu temperatur mare a gazelor de ardere. Acest procedeu nu necesit prezena unui catalizator.

Eficiena este de circa 40 60 %.

Reactivul utilizat este amoniacul (NH3) sau ureea ((NH2)2CO). Amoniacul poate fi anhidru (NH3),sau ntr-o soluie apoas (NH4OH) (ntr-o concentraie de circa 20 30 %). Folosirea ca reactiv aamoniacului anhidru, chiar dac necesit instalaii de utilizare mai mici i prin urmare mai ieftine,totui este mai periculos de stocat, de transportat i de utilizat, dect ureea sau hidroxidul de amoniuNH4OH ( NH3 + H2O).

Amoniacul reacioneaz cu NOx-ul din gazele de ardere, rezultnd azot molecular i ap:2 NH3 + 2 NO + O22 N2 + 3 H2ONO + NO2 + 2 NH32 N2 + 3 H2O

n cazul utilizrii ureei, relaia general este urmtoarea:(NH2)2CO + 2 NO + O22 N2 + CO2 + 2 H2OPentru ca aceste reacii s aib loc n bune condiii este necesar ca: reactivul s fie injectat n gazele de ardere ntr-o plaj optim de temperaturi, de circa

870 1100 C. Acest interval depinde de condiiile de operare i de tipul de reactiv folosit. ncazul utilizrii ureei, intervalul optim de temperaturi este de circa 980 1100 C, n timp ce ncazul utilizrii amoniacului valorile temperaturilor din intervalul optim scad pn la circa870 980 C.

durata de reziden al amoniacului n intervalul optim de temperaturi trebuie sa fie suficient demare, comparabil cu cel necesar pentru vaporizarea reactivului.

raportul molar ntre amoniac i NOx

s fie optimizat. Pentru o eficien ridicat a procedeului,acesta poate ajunge la valori de circa 1,5 2,5.

injecia de reactiv s se fac innd cont de faptul c distribuia de NOx variaz n seciuneatransversal a generatorului de abur.

n cazul nencadrrii temperaturii de reacie n intervalul optim, rata de conversie a NOx n N2 sereduce, astfel: Dac temperatura de reacie este prea mic, rezult o cretere a cantitii de amoniac care nu

reacioneazi implicit o pierdere de reactiv. Scprile de amoniac n mediu trebuie s fie ctmai reduse, deoarece acesta este nociv. Oricum, concentraia maxim admis de amoniac estereglementat prin lege. De asemenea, la temperaturi joase (din zona prenclzitorului de aer),

amoniacul reacioneaz cu SO3 producnd sruri de amoniu (sulfatul de amoniu (NH4)2SO4i/sau bisulfatul de amoniu NH4HSO4), care se depun pe suprafeele de schimb de cldur. Dac temperatura de reacie este prea mare, are loc o descompunere termic a amoniacului.

Reacia de oxidare, nedorit, duce la formarea de NO:4 NH3 + 5 O24 NO + 6 H2O

Cu ct durata de reziden al amoniacului n intervalul optim de temperaturi este mai mare, cu attrata de conversie a NOx crete. Dac timpul de reziden depete 1 s, atunci reaciile de reducereau loc n cele mai bune condiii. Totui, durata necesar de reziden se situeaz n intervalul0,2 0,5 s.

Cu ct raportul molar ntre NH3i NOx este mai mare, cu att crete probabilitatea de reacie i prinurmare i rata de conversie a NOx. Totui, un raport molar prea ridicat mrete de asemenea i


23/35


23

pierderile de amoniac. Pe de alt parte, dac proporia molar ntre amoniac i NOx este prea mic,eficiena procedeului scade, o cantitate mare de NOx neparticipnd la reacii.

n exploatare, la variaia ncrcrii sau a calitii combustibilului, se modific att distribuia detemperaturi n lungul generatorului de abur ct i cantitatea de NOx. Prin urmare, intervalul optimde temperaturi se deplaseaz. Pentru a menine injecia de reactant n intervalul optim se poate

adopta una din urmtoarele soluii: Realizarea mai multor nivele de injecie de reactiv de-a lungul generatorului de abur (vezi figura

de mai jos). n acest mod, la reducerea sarcinii i implicit a temperaturii gazelor de ardere ndreptul injectorului de reactiv n funciune, acesta se va putea opri i se va pune n funciunenivelul de injecie inferior (mai apropiat de focar). De asemenea, la variaia cantitii de NOx seva modifica corespunztor debitul de reactiv, astfel nct raportul molar ntre reactiv i NOx srmn n intervalul optim. Aceast soluie este cea mai folosit. n general se folosesc 2 sau 3nivele de injecie de reactiv. In sistemul de distribuie al reactivului (vezi figura), apa estefolosit ca agent de diluie pentru a mbuntii amestecul ntre gazele de ardere i reactiv, iaraerul ca agent motor. Att presiunea apei, ct i cea a aerului sunt reglate n timpul funcionrii.

Adugarea anumitor aditivi (hidrocarburi, peroxid de hidrogen (H2O2), CO sau anumii alcooli)permite funcionarea la temperaturi mai coborte cu circa 100 200 C. Astfel, reac iile au loc

n condiii optime i la scderea sarcinii. Dezavantajul l reprezint producia suplimentar deCO, rezultat din introducerea ca atare a acestuia ca aditiv sau din utilizarea n acela i scop ahidrocarburilor. Aceast soluie se aplic n special atunci cnd, din anumite motive, ce in nspecial de construcia generatorului de abur sau de condiiile dificile de exploatare, nu se poateaplica prima soluie.

Generator de abur echipat cu SNCR cu mai multe puncte de injecie a reactivului

Injectoarele sunt de dou tipuri: lance i de perete. Cele de tip lance sunt lungi i asigur injecia dereactiv in zona din centru a traseului de gaze de ardere, iar cele de perete sunt scurte i asigurinjecia n imediata vecintate a peretelui generatorului de abur. Injectoarele de tip lance, avnd nvedere c se afl pe traseul gazelor de ardere, trebuie rcite. Rcirea acestora se poate face cu abur,ap, aer sau glicol. Ambele tipuri de injectoare sunt plasate pe mecanisme retractabile. Acestea seretrag automat n cazul n care, n zona deservit de ele, temperatura gazelor de ardere scade sub ceadin intervalul optim. n acelai timp sunt introduse n generatorul de abur injectoarele aflate penivelul din dreptul noii zone de optim de temperaturi.

Procedeul SNCR se poate aplica, att la centralele noi, ct mai ales la cele retehnologizate. Deasemenea acesta se poate folosi n acelai timp cu alte metode de reducere a NOx. Investiia estemic (nu exist catalizator) i se poate pune n aplicare ntr-un timp scurt.

arztoare

reglaj

ap

aer (sub presiune)

Reactiv


24/35


24

Reducerea selectiv catalitic (SCR Selective catalytic reduction)SCR este un procedeu de reducere a NOx la N2i H2O, prin injecia de reactiv n gazele de ardere,

n prezena unui catalizator. Agentul reductor (reactivul) este injectat n gazele de ardere nainteacatalizatorului. Ca i n cazul SNCR, acesta poate fi amoniacul sau ureea. Eficiena procedeului

poate depi 80 90 %.

Reactivul cel mai folosit este amoniacul (NH3), ns, datorit prezenei catalizatorului, acesta seinjecteaz n zone cu temperaturi mai mici ale gazelor de ardere, n comparaie cu cele cerute deprocedeul SNCR (de asemenea, ca i la SNCR, se poate folosi ureea). Amoniacul reacioneaz cuNOx-ul din gazele de ardere pe suprafaa catalizatorului, rezultnd azot molecular i ap:2 NH3 + 2 NO + O22 N2 + 3 H2ONO + NO2 + 2 NH32 N2 + 3 H2OPentru ca aceste reacii s aib loc n bune condiii este necesar ca: reactivul s fie injectat n gazele de ardere ntr-o interval optim de temperaturi. Acest interval

depinde de tipul de catalizator dar i de tipul de combustibil utilizat i prin urmare de

compoziia gazelor de ardere. Pentru o eficien foarte bun, intervalul optim de temperaturieste de circa 320 420 C, la arderea combustibilului solid (n cazul gazului natural acestinterval se reduce). Totui, dac se accept eficiene mai mici ale procedeului, limita inferioar aintervalului poate s scad. Astfel, pentru o temperatur minim de 260 C eficiena poate sscad pn la valori de circa 75 80 %, la arderea combustibilului solid.

agentul reductor (reactivul) s fie injectat la o distan suficient de mare de catalizator, astfelnct s se realizeze un bun amestec ntre reactiv i gazele de ardere.

raportul molar ntre NH3i NOx s fie optimizat. Acesta trebuie s aib o valoare n jur de 0,95,dar mai mic de 1,1.

La mrirea raportului molar ntre NH3i NOx: scprile de amoniac cresc practic exponenial, creterea brusc nregistrndu-se la valori de

peste 0,95 a raportului molar; eficiena procedeului crete liniar pn la valori ale raportului molar de circa 0,95 1, dar se

aplatizeaz puternic peste acestea.

n generatorul de abur, temperatura gazelor de ardere se afl n interval optim nainte deprenclzitorul de aer. Astfel, instalaia SCR se va amplasa ntre economizor i prenclzitorul deaer. La sarcini pariale, temperatura gazelor de ardere scade sub cea din intervalul optim. Pentru amenine ridicat eficiena procedeului, se realizeaz un canal de by-pass (ocolire) pe economizor.La scderea temperaturii, o cot din debitul de gaze de ardere este preluat de la intrarea n

economizor i introdus la ieirea din acesta (i intrarea n SCR). Astfel, temperatura gazelor deardere este meninut n intervalul optim n instalaia SCR.

Efectele negative asupra catalizatorului: otrvirea de ctre:

- cenua zburtoare (datorit prezenei metalelor alcaline: Ca, Na i K, existente sub form deCaO, Na2O i K2O, n cenua zburtoare),

- As2O3 (trioxidul de Arsen / arsenic),- gazele de ardere acide (care conin: SO3, etc.);

colmatarea canalelor catalizatorului cu cenu zburtoare; eroziunea cu cenu zburtoare.Prin urmare, durata de viai performanele catalizatorului depind n mod direct de concentraia decenu din gazele de ardere i de compoziia acesteia.


25/35


25

Metode de diminuare a efectelor negative asupra catalizatorului: dup o anumit perioad de timp catalizatorul trebuie nlocuit (sau regenerat), deoarece

otrvirea acestuia duce la dezactivare; utilizarea de suflante cu abur (i/sau generatoare acustice) pentru ndeprtarea cenuii depuse pe

catalizator (n special la viteze reduse ale gazelor de ardere i concentraii mari de cenuzburtoare);

realizarea unui strat protector pe muchiile catalizatorului, pentru a reduce efectele eroziunii cucenu zburtoare.Prezena catalizatorului crete rata de oxidare a SO2 n SO3. Amoniacul reacioneaz cu SO3producnd sruri de amoniu, care se pot depune pe suprafeele de schimb de cldur din aval decatalizator, sau chiar pe acesta.Prezena CaO n cenua zburtoare poate dezactiva catalizatorul, dac reacioneaz cu SO3 iformeaz CaSO4:CaO + SO3 CaSO4Chiar dac CaO este prins n porii de pe suprafaa catalizatorului, NH3i NOx pot reaciona, dardac gazele de ardere conin SO3, n urma formrii de CaSO4, porii sunt astupaii n ntregime iNH3i NOx nu mai pot reaciona.

Din punct de vedere al formei geometrice,catalizatorii utilizai n CTE sunt n general detip fagure sau plac. Cei de tip fagure aupierderi mai mari de presiune, dar prezint oactivitate catalitic mai bun n comparaie cucei de tip plac. Catalizatorii de tip plac suntde preferat n mediu cu o cantitate mare de praf,de exemplu atunci cnd instalaia SCR este

amplasat nainte de filtrul de pulberi, iar gazelede ardere conin o concentraie mare de cenu.

a) b)Catalizatori de tip a) fagure i b) plac Structura catalizatorului SCR de tip fagure

Catalizatorii cei mai folosii n CTE pe crbune sunt ceramici. Acetia sunt realizai din oxizi demetale grele, pe baz de dioxid de Titan (TiO2), iar ca substan activ se folosete, n principal,pentaoxidul de Vanadiu (V2O5), rezultnd catalizator cu compoziia: V2O5/TiO2. Pentru a mriiplaja optim de temperaturi, V2O5 se folosete mpreun cu trioxidul de Tungsten (WO3). Astfelcatalizatorul va avea urmtoarea compoziie de baz: V2O5WO3/TiO2 (prescurtat: TiO2-V-W sauV-W/Ti). Pentru a rezista ct mai bine catalizatorul la aciunea As2O3 (trioxidul de Arsen), n loc

WO3 se poate folosi trioxidul de Molibden (MoO3), rezultnd V2O5MoO3/TiO2. Catalizatorii pebaz de metale grele pot fi folosii n zone cu temperaturi ale gazelor de ardere de valori medii, ngeneral cuprinse ntre 260 420 C.


26/35


26

La temperaturi mari, de circa 340 590 C, se pot folosi i catalizatori pe baz de zeolii.De asemenea, se mai pot utiliza i alte compoziii pentru catalizatori.

Instalaia SCR se poate amplasa: nainte de filtrul de pulberi (electrofiltru) i de prenclzitorul de aer SCR n mediu cu

coninut ridicat de particule (SCR-High-Dust)

dup filtrul de pulberi i nainte de prenclzitorul de aer SCR n mediu cu coninut sczut de particule (SCR-Low-Dust)

dup prenclzitorul de aer SCR ca sistem final de reinere noxe (SCR-Tail-End), deasemenea n mediu cu coninut sczut de particule.

Cel mai folosit mod de amplasare al catalizatorului este: SCR-High-Dust. Dezavantajul acestuisistem este dat de expunerea direct la cenua din gazele de ardere. De asemenea concentraia deamoniac n cenu este mare, fcnd-o dificil de valorificat (acolo unde se dorete acest lucru). Seimpun msuri de limitare a efectelor negative date de prezena cenuii n gazele de ardere, cum ar fi:- folosirea unui crbune cu un coninut sczut de anorganic;- utilizarea de suflante cu abur pentru ndeprtarea cenuii depuse pe catalizator;- amplasarea vertical a catalizatorului, astfel nct particulele de praf s cad gravitaional;- mrirea spaiului ntre plcile catalizatorului (concomitent cu mrirea corespunztoare a

lungimii acestora), n cazul utilizrii catalizatorilor de tip plac, n funcie de mrimeaparticulelor de praf; etc..

SCR n mediu cu coninut ridicat de particule (SCR-High-Dust)

n figura de mai sus se prezint o schem de amplasare a SCR n mediu cu coninut ridicat departicule (SCR-High-Dust). Amoniacul lichid se vaporizeaz prin aport extern de cldur nEvaporator NH3, utiliznd ca agent de nclzire apa fierbinte sau aburul, care cedeaz cldura prinintermediul unui schimbtor de cldur de suprafa. Vaporii de amoniac se dilueaz cu aer, iar apoiamestecul (format n Camera de amestec) este injectat nainte de catalizatorul SCR. Concentraiade NH3 n aerul de diluie trebuie s fie de sub 15 %, avnd n vedere c peste aceast valoare (nintervalul 15 27 %) amestecul este exploziv. ntre locul de injecie i catalizator exist un sistemde amestec, pentru a realiza omogenizarea ntre amoniac i gazele de ardere. n schema de mai suseste figurate att ocolirea (by-pass) economizorului, pentru reglarea temperaturii gazelor de arderela intrarea n SCR, ct i ocolirea SCR (opional), folosit la pornire i la funcionarea n regimurinerecomandate pentru catalizator.

SCR

PAR

Ventil de

reglare

aer

VA

ECO

SV

By-pass ECOBy-pass SCR

Evaporator NH3

Aer dediluie

RezervorNH3 lichid

Focar

Electrofiltru

VG

Camer deamestec

S/SI

cldur


27/35


27

Sistemul SCR-Low-Dust se utilizeaz pentru a feri catalizatorul de eroziune i colmatare.Dezavantajul utilizrii acestui tip de amplasament este dat de necesitatea utilizrii unui electofiltrude nalt temperatur, cu circa 50 % mai scump dect cel obinuit. Acesta se va amplasa amonte dede-NOxator. Prenclzitorul de aer regenerativ (PAR) se va monta dup dispozitivul de reducere aNOx, iar ultimul aparat de curare a gazelor de ardere va fi desulfuratorul (scruberul).

SCR n mediu cu coninut sczut de particule (SCR-Low-Dust)Sistemul SCR-Tail-End se utilizeaz n special la retehnologizarea CET, atunci cnd nu existsuficient de mult spaiu ntre generatorul de abur i prenclzitorul de aer pentru aplicarea sistemuluiSCR-High-Dust, sau dac acesta din urm necesit o investiie prea mare. Oricum, sistemulSCR-High-Dust este mult mai ieftin de implementat dac se utilizeaz din faza de proiect acentralei, dect dac se folosete la retehnologizare. Dezavantajul sistemului SCR-Tail-End estedat de faptul c, datorit amplasrii acestuia n zona de temperaturi mici a gazelor de ardere (naintede evacuarea la co), acestea trebuiesc renclzite, pentru a le aduce n intervalul de temperaturicerut de catalizator. nclzirea gazelor de ardere se poate face cu ajutorul aburului din ciclultermodinamic i/sau prin arderea unui combustibil curat (gaz natural). Pentru a se recupera o parte

din cldura primit de la nclzitorul de gaze de ardere se introduce n circuit un prenclzitorgaz-gaz. Astfel, creterea de temperatur dat de nclzitorul de gaze de ardere va fi comparabilcu diferena de temperatur ntre gazele din prenclzitorul gaz-gaz, adic aproximativ 30 C.

SCR ca sistem final de reinere noxe (SCR-Tail-End)

n absena SO3 n gazele de ardere, la arderea n generatorul de abur a gazului natural, intervalul detemperaturi de operare pentru SCR poate s scad pn la 205 400 C, iar catalizatorul poate firealizat din crbune activ.Este de menionat faptul c scprile de amoniac n cadrul sistemului SCR sunt mai mici de10 ppmv, fa de 15 27 ppmv ntlnite la aplicarea procedeului SNCR.Datorit costurilor mari ale procedeului SCR, acesta se aplic numai dac msurile primare dereducere a NOx, sau aplicarea procedeului SNCR, nu pot ncadra centrala n normele de mediu.

aerrece

spredesulfurator

de laeconomizor

PAR350 C

160 C

aer cald

catalizator

injecieamoniacEF

SCR

NH3

coDe la EFidesulfurator

cldur

SCR

Prenclzitorgaz-gaz

nclzitorgaze de ardere


28/35


28

M suri secundare de reducere a emisiilor de SO2 - desulfurarea gazelor de ardere nainte deevacuarea la co

Desulfurarea semiumedn cadrul acestui procedeu se pulverizeaz un agent de absorbie a SO2 n gazele de ardere. Acesta

poate fi un compus al Calciului (varul stins - Ca(OH)2) sau al Sodiului (bicarbonat de sodiu -NaHCO3). Chiar dac compuii Sodiului ofer o reactivitate mai bun dect cei ai Calciului, totui,preul ridicat i dezavantajeaz foarte mult. Astfel, n majoritatea cazurilor, se prefer compui aiCalciului. Dintre compuii Calcarului, n cadrul desulfurrii semiuscate, hidroxidul de Calciu (varulstins) se prefer n locul calcarului (CaCO3) datorit reactivitii mai mari, chiar dac este maiscump. Umidificarea Ca(OH)2 crete i mai mult reactivitatea acestuia. Astfel, varul stins seinjecteaz n gazele de ardere mpreun cu apa. Pentru a crete probabilitatea de reacie a Ca(OH)2cu SO2 i prin urmare eficiena procedeului, suspensia de var este pulverizat ntr-o dispersieextrem de fin. Cu ct pierderea de presiune pe pulverizator este mai mare, cu att picturileformate sunt mai mici i dispersia mai bun.Este de menionat faptul c, n cazul folosirii bicarbonatului de sodiu, acesta se intoduce ca atare

(neumidificat) n gazele de ardere, datorit reactivitii ridicate.

Temperatura gazelor de ardere trebuie s fie ntr-un interval optim de circa 150 170 C. Apa dinsuspensia de var vaporizeaz datorit temperaturii relativ ridicate a gazelor de ardere, iar cea carermne pe suspensia solid de reactiv mbuntete reactivitatea acestuia. Produii de reacie suntsub form de pulberi uscate. Acetia trebuie reinui, prin urmare este necesar utilizarea unui filtruaval de absorber. Filtru de pulberi poate fi de tip: filtru sac sau electrofiltru. Se poate folosi un filtrude pulberi i amonte de absorber. De asemenea, se poate opta pentru recircularea parial apulberilor captate n filtru (vezi figura de mai jos), deoarece acestea conin reactiv neutilizat.

Eficiena procedeului este de circa 70 90 %, prin urmare este mai mare fa de cea a procedeuluiuscat (pentru aceeai cantitate de reactiv), dar mai mic fa de cea a procedeului umed. Folosireaprocedeului semiumed implic costuri de investiie mai mari fa de procedeul uscat, dar mai mici

n comparaie cu procedeul umed. Procedeul semiumed ocup locul al doilea, din punct de vedere alrspndirii pe plan mondial, dup cel umed. Dup desulfurare, gazele de ardere nu trebuiescrenclzite, aa cum se ntmpl, n general, n cazul procedeului umed. Totui, unul dindezavantajele procedeului semiumed fa de cel umed este dat de faptul c produii de reacie suntgreu de valorificat.

Schema unei instalaii de desulfurare semiumed


29/35


29

Desulfurarea umed cu scrubereProcedeul cel mai folosit pentru eliminarea SO2 din gazele de ardere este cel de desulfurare umed

n scrubere. Eficiena procedeului poate atinge valori de circa 90 95 %.

Reactivul folosit poate fi calcarul (CaCO3), sau varul nestins (CaO) i apoi stins (Ca(OH)2).

Desulfurarea umed se bazeaz pe o reacie de reinere a SO2 n compui solizi nontoxici.

"Istoric", primele scrubere au fost cele cu "lapte de var", obinut din calcar (CaCO3) prin irul dereacii:CaCO3 CaO + CO2(arderea calcaruluii obinerea "varului nestins")

CaO + H2O Ca(OH)2("stingerea varului"i producerea hidroxidului de Calciu).

n scruber are loc n acest caz reacia:

Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O.

Din punct de vedere al circulaiei relative a agenilor, avnd n vedere c soluia de reactiv curgegravitaional, se pot realiza dou tipuri de scrubere:n curent ncruciat, cu circulaie orizontal a g.a.;n contracurent, cu circulaie vertical ascendent a g.a. (acestea ocup suprafee mici de teren).Pentru creterea suprafeei de contact dintre faza lichid i cea gazoas se pot folosi procedeeasemntoare cu cele de la degazoare i turnuri de rcire:- pulverizare fin (fr alte sisteme ajuttoare);- prelingerea fazei lichide sub form pelicular pe diverse tipuri de umplutur (table, sisteme

buretoase, site);- picurare (curgere n uvie);- sisteme mixte bazate pe cel puin dou din procedeele anterioare.Pentru creterea eficienei de reinere a SO2i a SO3 (Ca(OH)2+SO3CaSO4+H2O) n scrubere serecomand: Mrirea suprafeei de contact ntre soluie i g.a. Creterea concentraiei soluiei, peste necesarul din reacia stoechiometric. Asigurarea n scruber a unei temperaturi optime de reacie.Concentraia reactivilor n mediul apos este condiionat de urmtoarele aspecte:- creterea concentraiei mrete viteza de reacie dar reduce solubilitatea;- dup reacie, apa reine n soluie att reactivi neconsumai, ct i produi de reacie.Alegerea concentraiei se face pe echilibrul dictat de diferena de solubilitate ntre Ca(OH)2i gips.Gipsul, mai puin solubil, se depune.

Condiiile pentru buna desfurare a desulfurrii umede cu var stins sunt legate de:- o temperatur a reactivului care s nu depeasc 6070 C i o temperatur a g.a. care s nu

depeasc 100 C (o temperatur redus a g.a. la evacuarea la co are efecte negative asupradispersiei, ca urmare ele trebuie renclzite). Asigurarea temperaturii optime de reacie, fr acobor prea mult temperatura la co, se face cu o bucl de rcire-renclzire folosind ap subpresiune vehiculat cu o pomp.

- realizarea unei suprafee ct mai mari de schimb de mas ntre picturile de reactiv i g.a.(sistemul cel mai folosit n prezent este cel cu pulverizarea reactivului n picturi mici la partea


30/35


30

superioar a desulfuratorului);- realizarea unui timp de staionare suficient pentru a asigura o bun reinere (la fel ca la

electrofiltru aceast condiie se ndeplinete prin creterea seciunii de trecere, lungimeaparcursului g.a. n desulfurator);

- g.a. s fie n prealabil bine filtrate de cenua zburtoare pentru a reine particulele i a nuimpurifica reactivii din scruber. Aceasta oblig la montarea desulfuratorului dup electrofiltru.

ncadrarea scruberului n traseul de evacuare a gazelor de ardere se face dup PAR (Prenclzitor deAer de tip Regenerativ sau recuperativ) i electrofiltru.

n scrubere au loc pe lng reacia chimic de reinere a SO2, i procese fizice de nclzire areactivului, rcire a g.a. i de umidificare a lor cu vapori de ap. Reactivul colectat n cuv trebuiercit i tratat pentru reinerea gipsului, apoi se completeaz cu api reactiv proaspt.

Exemplu de integrarea a unui desulfurator tunel n circuitul de g.a. la evacuate:

Pentru a evita colmatarea cu cenu, scruberul trebuie amplasat dup electro-filtru.

n exemplul prezentat s-a prevzut o bucl termic de rcire-renclzire a g.a. care preia cldura namonte de scruber i o red n aval de acesta. Fluidul poate fi ap sub presiune, iar suprafaa detransfer de cldur pe parte de g.a. este prevzut cu aripioare. Coeficientul de transfer de cldur

fiind mic i ecartul de temperatur mic, sistemul necesit suprafee foarte mari de transfer decldur.

Circuitul de reactiv trebuie s fie prevzut cu o serie de anexe ca:- rcitor de reactiv pentru meninerea temperaturii n zona optim;- sistemul de dozaj de reactiv proaspt care s menin concentraia i s suplineasc pierderile de

ap prin vaporizare;- sistemul de decantare a gipsului.Alte variante de realizarea a desulfurrii umede mai sunt: cu scruber de tip turn i circulaie ncontracurent; cu reactiv de tip calcar mcinat fin i meninut n suspensie la o concentraie mult mai

mare dect cea de solubilitate; cu perdele de ap cu umplutur sau cu picurare n uvie.

D.p.d.v. al investiiilor desulfurarea umed rezolv problema ncadrrii de SO2 n g.a. n limiteleadmisibile chiar la utilizarea unor combustibili sulfuroi dar mrete foarte mult investiiile ncentral. Pentru centrale existente care nu au fost prevzute la proiectare cu scrubere, costurile pot ficu circa 65 % mai mari dect la realizarea acelorai scrubere n centrale noi.

Pentru reducerea cheltuielilor cu reactivul scruberele moderne folosesc direct calcarul. Solubilitateai reactivitatea lui sunt mai mici, iar procesul de formare a gipsului este incomplet. Aparenecesitatea: unei suspensii n ap de calcar fin mcinat, peste necesarul stoechiometric i limita de

solubilitate; barbotrii de aer n cuva scruberului pentru a contribui prin Oxigen la formarea gipsului. unor instalaii speciale de reinere a gipsului din reactivul din cuv.

160 C90 C 60 C 120 Cde la PAR

la VG i co


31/35


31

cenu fin

aer

aer

aer

Msuri teriare de reducere a efectelor noxelor solide de ardere

Evacuarea uscat a zgurii i cenuii: se folosete n amplasamente secetoase, sau cnd sedorete reutilizarea cenuii, iar umidificarea ei mpiedic valorificarea eficient (de exemplu: camaterie prim n fabricile de ciment). Pentru utilizare se poate face sortare granulometric (de

exemplu prelund materialul numai dintr-un anumit sistem de reinere).

Evacuarea uscat a zgurii i cenuii:o este procedeul cel mai costisitor d.p.d.v. al investiiilor i cu cel mai mare consum de

servicii proprii electrice;o prezint pericolul de reantrenare la vnto se aplic n amplasamente foarte secetoase sau n situaii legate de reutilizarea ei.

Sistemele de transport uscate pot fi: cu benzi (tubulare) rulante pericol de reantrenare; cu sisteme de tip schneck (urubul lui Arhimede, spiral) pe distane scurte i diferene mari

de nivel; pneumatic, cu aer comprimat, prin realizarea unor suspensii de cenu zburtoare n

conducte de amestec bifazic; viteza de circulaie trebuie s fie suficient de mare pentru a nuapare depunerea, dar este limitat de eroziunea la care sunt supuse conductele;

transport n pat fluidizat pe site alimentate de la partea inferioar cu aer.

Sistem de tip schneck Transport n pat fluidizat

Sistemele pneumatice i n pat fluidizat au consumuri mari de energie pentru vehicularea aerului.Costul majorat se poate justifica dac cenua este vandabil. Datorit costurilor mari iposibilitii de reutilizare, majoritatea sistemelor us

echipamente de depoluare in cte

Documents