OCHRONA POWIETRZA – WYKŁAD 3 28.10.2010

(przypominam, że poprzedni wykład odbył się dwa pod rząd, dlatego ten jest 3)

Podział węgla kamiennego na typy (PN-82/G-97002)

Naturalne cechy węgla charakteryzują przydatność technologiczną określoną wg wskaźników:

• Zawartość części lotnych w węglu w przeliczeniu na stan suchy i bezpopiołowy

• Zdolność spiekania metodą Rogi

• Dylatacja

• Wskaźnik wolnego wydymania

• Ciepło spalania w przeliczeniu na stan suchy i bezpopiołowy

W zależności od najniższej wartości opałowej węgla w stanie roboczym i najwyższej zawartości popiołu w węglu w stanie roboczym dzielimy węgiel kamienny na klasy do celów energetycznych (PN-82/G-97003)

Norma określająca węgiel kamienny do celów energetycznych dotyczy typów węgla 31, 32 i 33 (PN-82/G-97002)

W zależności od klasy i sortymentu rozróżnia się 5 gatunków węgla (PN-82/G-97001)

Schemat ideowy przemian energii w elektrowni cieplnej:

Energia paliwa kocioł parowy energia cieplna silnik cieplny energia mechaniczna prądnica energia elektryczna

Schemat blokowy wytwarzania energii elektrycznej:

Wydobywanie węgla wzbogacanie, sortowanie węgla transport węgla przemysł energetyczny dystrybucja użytkownicy

Obiegi technologiczne elektrowni konwencjonalnej:

1. Paliwowy

1. Nawęglanie (dostawa, rozładunek, składowanie, transport , mielenie)

2. Spalanie

3. Usuwanie i oczyszczanie spalin kotłowych (odpylanie, odsiarczanie, odazotowanie spalin)

4. Usuwanie popiołu lotnego wychwyconego przez odpylacze spalin

1. Parowy

2. Wodny

3. Elektryczny

Emisja zanieczyszczeń

Nawęglanie

• Rozładunek – pył węglowy (stopień rozdrobnienia, wilgotność paliwa, sposób rozładunku); hermetyzacja (wagony samo zasypowe, obudowane zasobniki szczelinowe, podciśnienie)

• Składowanie – pył węglowy – wtórne zapylenie, odpowiednie miejsce

• Transport – pył węglowy – odciągi miejscowe

• Kruszenie, mielenie – pył węglowy – hermetyczne obudowy, podciśnienie

Spalanie

1 etap: podgrzanie paliwa, odparowanie wody, uwalnianie części lotnych z suchego paliwa i rozkładalnych części organicznej węgla (odgazowanie węgla) CO↑, H₂↑

2 etap: zapłon i spalenie pozostałości koksowej i głównie czysty węgiel i części mineralne (rozkład termiczny węgla = piroliza węgla) smoły w postaci par i produkty gazowe (CH₄, CO, H₂, C_nH_m, CO₂, H₂O) ↑t_pir. ↑H₂ i CO₂ ↓Co

Niezupełny i całkowity proces Spalania : produkty pośrednie to jest CO, CH­­₄, węglowodory, aldehydy.

Spalanie domieszek i procesy uboczne spalania to : NO_x, SO_x, popiół.

NO_x (zależne od warunków spalania) – trzy mechanizmy powstawania : termiczne NO (do 20%), szybkie NO, paliwowe NO (od 75%-95%).

Tlenki - powstają z paliwa tlenki dostają się do spalin, tlenki azotu w wyniku łączenia azotu i tlenu dzieje się to w wysokich temperaturach.

Spalanie S – SO­_x (SO₂, SO₃) oraz H₂S, COS i CS₂, konwersja do tlenków wysoka (od 85 % do 90 %). Pozostała S wchodzi w skład popiołu (↑CaNa i związki Fe w weglu ↑S w popiele)

Spalanie części mineralnej – przemiany fizykochemiczne (utrata wody krystalicznej przez glinokrzemiany i siarczany, utlenianie pirytu i innych dwusiarczków, dekarbonizacja węglanów kalcytu, magnezytu, syderytu, tworzenie się siarczanów) klinkier, żużel, wolny popiół.

Emisja pierwiastków śladowych – 3 grupy:

1. Pozostają w postaci stałej i opuszczają kocioł z żużlem i popiołem lotnym (Al., Ca, Ce, Cs, Fe, La, Mg)

2. Ulegają odparowaniu, kondensują i są absorbowane przez popiół lotny (As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Ga, Mn, Mo, Pb)

3. Ulegają odparowaniu i są emitowane jako pary (Br, Cl, F, Hg, I, Se)

Emisja pierwiastków radioaktywnych: Ro, Th, Ra, U, Pb

Emisja zanieczyszczeń organicznych: WWA w postaci gazów i par lub w postaci aerozolu skondensowanego na cząstkach sadzy i popiołu.

Węgiel brunatny: 65-78% C, 5-6,5% H, 18-32% O, do 5,7% N, do 1% S (tylko organiczna), 15-17% H₂O, do 40% popiołu.

Typy węgla PN-75/G-97051

Proces spalania: jak węgiel kamienny

Emisja: zwiększona emisja NO_x, cząstek stałych, pierwiastków radioaktywnych (w węglu rzędu ppm).

Gaz ziemny: składniki palne do 0,2% CO, do 0,2% H₂, 70-98% CH₄, 0,5-11% cięższe węglowodory.

Składniki niepalne: 0,1-0,7% CO₂, 1-15% N₂, do 4,2% O₂ + H₂O, H₂S

Emisja CO, węglowodory w nieznacznym stopniu, cząstki stałe, SO_x minimalna ilość, NO_x połowę mniejsze niż przy spalaniu węgla i oleju opałowego.

Oleje opałowe: destylacja ropy naftowej, np. mazut. 83% – 87% C, 10% - 13% H, 0 % -2% S, 0,09 % - 0,15% popiół, 1% - 3% H₂0.

1 cechy fizyczne : PN – 58/C-96024

Procesy spalania : rozpylenie paliwa, odparowanie i spalanie par.

Misja : NO_x, SO_x, Co, węglowodory – WWA (sadza, niespalone części paliwa), pył lotny (popiół).

Emisja zanieczyszczeń

Spalanie – substancja palna : C, H, S, O, N.

Produkty spalania

1. Stałe:

1. Popiół

2. Żużel

3. Niedopalone części palne (koksik lotny – niespalone części paliwa, sadza – niespalone produkty rozpadu paliwa)

1. Gazowe :

1. Spaliny

Spalanie całkowite i zupełne

Produkty obojętne :

• Azot

• Para wodna

Produkty szkodliwe:

• CO₂, SO­₂, SO₃, NO, NO₂, HF i inne związki F, HCl i inne związki Cl.

• Pary rtęci, lotne związki selenu i arsenu,

• Popiół lotny (Cd, Pb, As, SiO₂)

Spalanie niecałkowite i niezupełne.

Produkty szkodliwe:

• Tlenek węgla CO, sadza, węglowodory (np. rakotwórczy BaP)

Emisja zanieczyszczeń do środowiska z przemysłu energetycznego.

1. Obiekt paliwowy

• Spaliny,

• Popiół lotny wychwycony przez odpylacze spalin

• Pylenie powierzchniowe

• Ścieki

• Żużel

2. Obiekt parowy i wodny

• Ścieki bytowo-gospodarcze

• Ścieki gospodarcze

1. Hałas

Źródła emisji zanieczyszczeń w przemyśle energetycznym :

1. Zorganizowane (emisja praktycznie stała)

• Kominy

• Wyrzutnie wentylacyjne

1. Nie zorganizowane (pylenie wtórne, emisja szacowana)

• Składowiska węgla

• Składowiska żużlu, popiołu i pyłów dymnicowych odprowadzonych z urządzeń odpylających

Przedsięwzięcia w celu zmniejszenia zagrożeń dla środowiska :

• Oczyszczanie energii

• Nowe technologie energetyczne, energetyka jądrowa, kotły z paleniskami fluidalnymi, zgazowanie węgla, upłynnianie węgla

• Wykorzystywanie czystego paliwa( wzbogacanie węgla)

• Pierwotne metody ograniczające emisje SO₂ i NO_x

• Odpylania spalin

Wzbogacanie węgla (odsiarczanie i odpopielanie)
metody : fizyczne, chemiczne, biologiczne

Fizyczne : wykorzystują właściwości fizyczne substancji węglowej, związki siarki i substancje mineralne

• Mokre wzbogacanie węgla: różnice w gęstościach, hydrocyklony, wirówki, stoły, koncentracyjne, zmniejszenie pirytu o 10% i o 50 % miały węglowe, zmniejszenie zawartości popiołu do 60%, zmniejszenie emisji SO­₂ o 20 % (zmniejszone zużycie wzbogaconego paliwa) oraz około 40% (zmniejszenie zawartości siarki we wzbogaconym paliwie)

• Separacja magnetyczna i elektryczna : różnice w polarności ładunków, usunięcie do 90% pirytu

• Flotacja : przylepianie drobno zmielonych minerałów do pęcherzyków powietrza

Chemiczne: utlenianie i kaustyfikacja węgla (roztwory lub stopione NaOH, KOH) stopień odsiarczenia 90% dla pirytu i 50% siarki organicznej, stopień odpopielania 99% zmiana właściwości fizyczno-chemicznych węgla

Biologiczne : etap badań, procesy bakteryjne i fermentacyjne, usuwanie siarki organicznej i nieorganicznej, skuteczność tak jak metody chemiczne

Osiągnięcie zmniejszenia emisji SO2 do atmosfery o 50% przez budowę instalacji do mokrego wzbogacania miałów węglowych jest o 15 % tańsze inwestycyjnie i eksploatacyjnie niż budowawolnej instalacji odsiarczania spalin zapewniającą taką samą redukcję SO2.

Pierwotne metody ograniczenia emisji SO2, NOx (spalanie niskoemisyjne,czyste spalanie):

1.Dobór odpowiednich warunków i parametrów spalania(współczynnik nadmiaru powietrza lambda, temperatura)

2.Wprowadzenie do obszaru spalania substancji absorbujących związki toksyczne w celu ich neutralizacji w chwili powstawania

3.Doprowadzenie do komory spalania sorbentów wapniowych (SO2): kamień wapienny, wapno hydrazowane