Autoryzowana publikacja nr II

Instalacja do symulacji rzeczywistych warunków eksploatacji technologii termicznego przetwarzania materiałów 

i oczyszczania spalin

Mieczysław Adam Gostomczyk, Janusz Bronisław Bauerek, 

Zespół autorski pracujący w ramach Ośrodka Badawczo – Wdrożeniowego

e-mail: mieczyslaw.a.gostomczyk@pwr.wroc.pl

e-mail: janusz.nestor@gmail.com

Wprowadzenie:

W każdej nowobudowanej instalacji termicznego przetwarzania materiałów, istnieje konieczność zastosowana metody redukcji szkodliwych emisji,  spełniającej warunki Dyrektywy o Zintegrowanym Zapobieganiu i Kontroli Zanieczyszczeń (IPPC – Integrated Pollution Prevention and Control) – Dyrektywy 96/61/EC, oraz wymogi określone w POŚ – Prawie Ochrony Środowiska w zakresie wymagań Najlepszych Dostępnych Technik (Best Available Techniques – BAT), jednocześnie nadając linii technologicznej status BAT. Taką metodą oczyszczania gazów odlotowych w systemie Multi Pollution Control jest przemysłowa instalacja oczyszczania spalin Zespołu Autorskiego  nazywana w skrócie – PIOS. Reaktor (skruber) realizuje redukcje szkodliwych emisji dla instalacji TPO – termicznego przetwarzania odpadów, oraz dla kotłów ciepłowni i elektrociepłowni.

Główne cechy Technologii:

obejmują:

1.    nowatorskie rozwiązania konstrukcyjne;
2.    kompleksowe oczyszczanie spalin w systemie Multi Pollution Control. 

Wyszczególnienie tych cech, akcentuje przydatność Technologii do wdrożeń w istniejących kotłowniach przemysłowych, oraz w instalacjach TPO i na pełnomorskich jednostkach pływających.

Rozwiązania konstrukcyjne:

W większości zakładów istniejący teren wokół kotłowni jest zabudowany do tego stopnia, że konstruktorzy nie znajdują miejsca dla dalszych instalacji. W naszym rozwiązaniu nie ma znaczenia usytuowanie głównego urządzenia redukującego szkodliwe substancje, nazwanego przez nas reaktorem (nazwa związana z reakcjami chemicznymi wewnątrz urządzenia). Może być jak dotychczas w stosowanych technologiach w pozycji pionowej, lecz również w pozycji poziomej o małym kącie nachylenia, lub może być zainstalowany w miejscu dotychczasowego rurociągu gazów odlotowych do emitera. W nowobudowanych zakładach nie ma takich problemów, gdyż konstruktorzy projektują zakład od podstaw. Podobna sytuacja występuje w branży okrętowej.

Redukcja szkodliwych emisji:

IOS – instalacje oczyszczania spalin w dotychczas stosowanych technologiach ograniczają się do redukcji pyłów poprzez filtry workowe, elektrofiltry lub multicyklony, oraz do redukcji SO₂.

                                                           

W technologii PIOS jednocześnie usuwane są szkodliwe substancje SO₂, NOx, HF, SiF₄, metale ciężkie, pyły, dioksyny i furany (Multi Pollution Control). Każde z zanieczyszczeń może być redukowane do poziomu obowiązujących norm emisyjnych.

Cele PIOS:

mają na uwadze:

1.     ograniczenia stężeń SO₂ i NO_x  do poziomu <200 mg SO₂/m³ i <200 mg NO₂/m³, oraz emisji rtęci o 90%. Dodatkowym efektem zastosowania mokrej technologii oczyszczania spalin, jest zmniejszenie stężenia pyłu po instalacji do < 10 mg/m³;

2.     stosowanie ogólnie dla kotłów i innych urządzeń  wytwarzających energię o strumieniu spalin < 500 000 m³/h;

3.     zastosowania do oczyszczania spalin, poziomo – pochyłego reaktora wielofunkcyjnego, w którym następuje kolejno: ochłodzenie spalin i usuwanie SO₂, utlenianie NO i Hg⁰, oraz dalsze usuwanie SO₂, SO₃, HCl, HF, pyłu, NO₂, HNO₃, Hg(NO₃)₂ i odkroplenie spalin;

4.     stosowania takich sorbentów, które umożliwiałyby uzyskiwanie z roztworów posorpcyjnych nawozów sztucznych (ciekłych lub stałych) np. NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, KNO₃, K₂SO₄, Mg(NO₃)₂,  MgSO₄;

Schemat symulatora rzeczywistych warunków:

Podstawowe elementy instalacji:

Ø 1 – część obrotowa symulatora gazów odlotowych;

Ø 2 – reaktor metody wtórnej PIOS;

Ø 3 – odpylacz;

Ø 4 – wentylator wyciągowy;

Ø 5 – emiter;

Ø 6 – zbiorniki przelewowe cieczy sorpcyjnej (separatory sadzy i pyłów);

Ø 7 – zbiornik cieczy sorpcyjnej;

Ø 8 – zbiornik perhydrolu H₂O₂;

Ø 9 – odcinek kanału spalin schładzany przez lance z dyszami;

Ø 10 – palnik oleju opałowego;

Ø 11 – kanał zanieczyszczonych spalin wprowadzanych do reaktora;

Ø 12 – kanał spalin oczyszczonych po redukcjach szkodliwych emisji w reaktorze;

Ø 13 – grawitacyjny spływ cieczy posorpcyjnej z reaktora;

Ø 14 – kanał spalin odkroplonych przed wentylatorem wyciągowym;

Ø 15 – kanał spalin oczyszczonych i odkroplonych za wentylatorem wyciągowym 4 prowadzący do czopucha emitera;

Zasada działania:

Symulowane spaliny (o wymaganym w badaniach strumieniu) z przedpaleniska obrotowego emitującego skażone gazy odlotowe, kierowane są do kondensatora schładzającego, w którym następuje wstępne zraszanie strumienia spalin, obniżające ich temperaturę, (ochłodzenie do 50 - 60°C), co umożliwia sorpcję SO₂, SO₃, HCl, HF. Tlenek azotu NO jest nierozpuszczalny w wodzie,  podobnie jak pary Hg⁰, przepływają przez mokrą instalację oczyszczania spalin. Konieczna jest iniekcja utleniaczy do ochłodzonych spalin (< 60°C). Spaliny po przepłynięciu przez układ oczyszczania i utleniania są już oczyszczone z kwaśnych zanieczyszczeń. Cały układ oczyszczania umożliwia przede wszystkim usunięcie ze spalin SO₂ i produktów utleniania, czyli kropli HNO₃ i Hg(NO₃)₂ , oraz wyższych tlenków azotu: N₂O₃, NO₂ i N₂O₅.

Stopień usunięcia zanieczyszczeń zależy od intensywności zraszania w części procesowej (skrubera) reaktora  rurowego, w którym umieszczone są lance, zakończone dyszami pneumatycznymi.

Odkraplacz:

Spaliny po układzie oczyszczania będą zawierać:

   < 200 mg SO₂/m³, < 200 mg NO₂/m³  i 0,1 mg Hg/m³.

Temperatura spalin wyniesie 40 - 50°C  w zależności od temperatury otoczenia. Spaliny zawierać też będą około 100 g kropel roztworu/m³, oraz 100% wilgotności (około 100 g pary H₂O/m³). Okroplenie spalin jest konieczne przed podgrzaniem, dlatego że zawartość kropli w spalinach powinna być mniejsza od 20mg/m³.

Podgrzewanie spalin:

Istnieje kilka możliwości zmniejszenia  wilgotności  spalin przed emisją do atmosfery:

1.      mokry komin, przy czym jest możliwe takie oczyszczenie spalin, że stężenie SO₂ i NO₂ będzie < 50 mg/m³ (emiter ze stali kwasoodpornej);

2.     mieszanie gorących spalin odpylonych ze spalinami oczyszczonymi, w tym przypadku należałoby spaliny oczyszczać do poziomu < od 50 mg SO₂ i NO₂/m³, aby stężenie po zmieszaniu z gorącymi spalinami nie oczyszczonymi, było < od 200 mg SO₂ i NO₂/m³, 

      

3.     podgrzanie spalin oczyszczonych przez zmieszanie z gorącymi spalinami (> 350°C), przy takim rozwiązaniu ilość spalin zanieczyszczonych gorących, była by rzędu 5%,

4.     ogrzanie gorącym powietrzem z  innego źródła,

5.     wprowadzenie do spalin oczyszczonych, gorących 600-800^oC spalin z palnika gazowego lub olejowego, w taki sposób aby temperatura emitowanych spalin była około 80-100^oC.

Podsumowanie:

Przedstawiona instalacja symulacji rzeczywistych warunków eksploatacji i oczyszczania spalin w Ośrodku Badawczo – Wdrożeniowym Bioenergy Solutions Sp. z o.o., pozwala na przeprowadzanie badań i opracowanie ich wyników. Potencjalny Inwestor, ubiegający się o PZ – Pozwolenie Zintegrowane w Starostwie Powiatowym, lub RDOŚ – Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska, właściwego dla budowanej instalacji termicznej, składając wniosek będzie wyposażony w wyniki badań adekwatne do Jego planowanej inwestycji. Natomiast wydający PZ poprzez swoich Inspektorów, będzie mógł podjąć właściwe decyzje.

Instalacja symulacji rzeczywistych warunków eksploatacji i oczyszczania spalin, spełnia wymagania dla ciepłowni, elektrociepłowni, zakładów gospodarki odpadami, instalacji pirolizy, oraz dla pełnomorskich jednostek pływających. W przypadku statków są dodatkowo bardzo ważne szczegółowe obliczenia gabarytów i ciężarów urządzeń, które mają decydujący wpływ na stateczność i możliwości adaptacyjne w zabudowanych przestrzeniach jednostki pływającej.

LITERATURA:

 Bibliografia

                                                                                                                 

1. Gostomczyk M.A., Krzyżyńska R., Pilot-scale Testing of Low-Cost Multi - Pollutant Control In Poland, MEC -3, Katowice, Poland, 5-7 June 2006;
2.  Gostomczyk M.A., Oryszczak J., Sposób usuwania NOx i SO₂ ze spalin P-369911;
3.  Gostomczyk M.A., Oryszczak J., Sposób dozowania stałych sorbentów do spalin P-369910;
4. M.A. Gostomczyk i In.: Sposób i urządzenie do podawania związków wapnia do kotła. Patent PL nr 164835, 1994;
5. M.A. Gostomczyk i In.: Urządzenie do wytwarzania i podawania mieszaniny wodno – powietrznej do reaktora. Patent PL nr 167472, 1995;
6. Program redukcji SO₂ w energetyce zawodowej. Praca zbiorowa. Polskie Towarzystwo Elektrociepłowni Zawodowych, Warszawa 1995;
7. M.A. Gostomczyk i In.: Sposób oczyszczania gazów spalinowych z gazowych                     związków siarki. Patent PL nr 296213 P. 1995.

       

Technologie Zespołu autorskiego chronione w UP RP:

1.  P-395411 „System ograniczenia szkodliwych emisji do atmosfery, metodą pierwotnego oczyszczania spalin w palenisku kotła przy zastosowaniu instalacji wtrysków”;
2. P–393684 „Metoda instalacji urządzeń redukujących niebezpieczne związki gazów odlotowych na odcinku rurociągu w kotłowniach przemysłowych”;
3. P–378662 „Sposób utylizacji odpadów, zwłaszcza komunalnych”;
4.  P – 405723 „Sposób termicznego odzyskiwania energii z odpadów i układ do jego  realizacji”;
5.  P – 401745 „Sposób usuwania SO₂, NO₂, Hg,  dioksyn, furanów i pyłów ze spalin pochodzących z siłowni okrętowych, oraz układ do jego realizacji”