2.1 Proces odpylania
2.2 Proces odsiarczania
2.3 Koszty usuwania zanieczyszczeń ze spalin – ogólna

charakterystyka

1

Gaz zapylony - medium dwufazowe, które stanowi gazowy ośrodek
dyspersyjny zwany fazą rozpraszającą oraz rozproszona w postaci pyłu faza
stała.

Pył - ciało stałe o stopniu rozdrobnienia na tyle dużym, że może być ono
unoszone w strudze gazu - zbiór ziaren o wielkości 10

-3

- 10

3



m (500



m a

nawet 300



m),

pyły o rozdrobnieniu: koloidalnym



1



m

makroskopowym



1



m

Stężenie pyłu S - miara zawartości fazy stałej w gazie wyrażana jako
stosunek strumienia masy pyłu m

p

do strumienia objętości gazu q

v

, w

którym pył jest rozproszony

2

3

v

p

m

/

mg

,

q

m

S



Mierząc stężenie pyłu w pobranej próbce gazu zapylonego i strumień objętości
gazu w kanale przepływowym wyznacza się strumień masy pyłu.

Odpylanie gazu – proces rozdziału fazy stałej i gazowej w polu sił
zewnętrznych.

Rozdzielenie fazy stałej i fazy gazowej wymaga oczywiście wydatkowania pewnej ilości
energii, tym większej im mniejszą masę posiadają ziarna pyłu.

Aby ziarno pyłu, mówiąc potocznie, „odpadło” od strugi gazu musi na nie podziałać siła
o odpowiednio dużej wartości oraz o pożądanym kierunku i zwrocie wynikających z
konstrukcji urządzenia odpylającego.

Efektem końcowym jest zawsze zróżnicowanie trajektorii ruchu ziarna pyłu i trajektorii
strugi gazu.

3

4

Rozdział fazy stałej i gazowej:
a) w polu siły ciężkości,
b) w polu siły odśrodkowej,
c) w procesie filtracji,
d) w polu elektrostatycznym

odpylacze mechaniczne (grawitacyjne,
inercyjne, odśrodkowe) – efekt różnicy
masy ziarna pyłu i masy molekuły gazu
(zwilżenie pyłu – odpylacze mokre),

odpylacze filtracyjne – efekt różnicy
wielkości ziarna pyłu (objętość,
poprzeczny przekrój ziarna prostopadły
do kierunku ruchu) i wielkości przekrojów
przepływowych gazu w labiryntowej
strukturze filtracyjnej,

odpylacze elektrostatyczne – efekt
przyciągania uprzednio naładowanego,
głównie powierzchniowo, ziarna pyłu
przez elektrodę o przeciwnej
biegunowości

pył

gaz

F

E

d)

gaz

pył

c)

pył

gaz

F

g

a)

b)

gaz

pył

F

o

5

O

D

P

Y

L

A

C
Z

U

E

Z

Bilans strumieni mas pyłu

U = E + Z

U

– unos pyłu – strumień masy pyłu w spalinach za źródłem

E

– emisja pyłu – strumień masy pyłu w spalinach emitowanych do atmosfery

Z

– strumień masy pyłu usuniętego ze spalin w odpylaczu

,%

100

U

Z

c





,%

100

)

U

E

1

(

100

U

E

U

c











,%

100

E

Z

Z

c







Całkowita skuteczność odpylania

6

Strumień masy pyłu M

P

,(U lub E) wyznacza się jako iloczyn stężenia pyłu S

zmierzonego pyłomierzem i strumienia objętości gazu q

v

przepływającego przekrojem

pomiarowym przeliczonych na parametry odniesienia



:

h

/

kg

,

3600

q

10

S

M

V

6

p













gdzie:



- parametry odniesienia opisujące stan gazu:

warunki umowne: P

u

=1013 hPa, T

u

=273 K,

warunki standardowe: P

u

=1013 hPa, T

u

=273 K, stan gazu suchego, stopień

zawilżenia gazu X



0,005 kg H

2

O/kg gazu suchego, referencyjna zawartość tlenu w

gazie

Strumień masy pyłu Z określa się bezpośrednio metodą wagową, o ile pozwalają
na to techniczne możliwości.

7



c

= f ({K

i

},

{E

i

}, {SG

i

})

gdzie: {K

i

} – zbiór parametrów konstrukcyjnych

{E

i

} – zbiór parametrów eksploatacyjnych

{SG

i

} – własności ośrodka pyłowo-gazowego (solgazu)

gaz: temperatura, ciśnienie, skład chemiczny gazu suchego, stopień zawilżenia (stosunek
masy pary wodnej zawartej w gazie do masy gazu suchego)

pył: skład ziarnowy, gęstość, zwilżalność, wilgotność, rezystywność, kleistość, palność

Pyły przemysłowe są pyłami polidyspersyjnymi, co oznacza, że w dowolnym zbiorze
ziaren pyłu znajdują się ziarna o różnych wielkościach a w konsekwencji o różnych masach.
Przez wielkość ziarna pyłu rozumiemy jego wymiar ekwiwalentny, który jest związany z
pojęciem ziarna ekwiwalentnego.

8

Przez wielkość ziarna pyłu rozumiemy jego

wymiar ekwiwalentny

,

który jest związany z pojęciem

ziarna ekwiwalentnego

.

Ziarno ekwiwalentne cechuje określona właściwość statyczna lub dynamiczna

taka sama jak ziarna rzeczywistego

.

POMIAR

POWIERZCHNI LUB

OBJĘTOŚCI ZIARNA

PRZYJĘCIE MODELU

KSZTAŁTU ZIARNA

OBLICZENIE WYMIARU

EKWIWALENTNEGO

Np.
zmierzona objętość

V = 560 10

-18

m

3

d

la kuli



= 10,2



m

d

la sześcianu



= 8,2



m

POMIAR
PRĘDKOŚCI
OPADANIA
ZIARNA
RZECZYWISTEGO

PRZYJĘCIE MODELU
KSZTAŁTU ZIARNA
(współczynnik oporu
zależy od kształtu)

OBLICZENIE
DYNAMICZNEGO
WYMIARU
EKWIWALENTNEGO

PRAWO RUCHU ZIARNA
W NIERUCHOMYM PŁYNIE
POD WPŁYWEM SIŁY
CIĘŻKOŚCI

RÓWNANIE RUCHU
ZIARNA PYŁU -
RÓWNANIE NA PRĘDKOŚĆ
OPADANIA

właściwość statyczna



statyczny wymiar ekwiwalentny

właściwość dynamiczna



dynamiczny wymiar ekwiwalentny

teoria ruchu kuli w ośrodku lepkim



dynamiczna średnica

ekwiwalentna ziarna pyłu

(

średnica ziarna pyłu)

9

su

maryc

zn

y

u

d

ział

mas

o

wy

f

rak

cj

i

mn

ie

js

zyc

h

o

d



i

,

R

i

w

%

średnica ekwiwalentna ziarna pyłu



i

w



m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

5

10

15

20

25

30

35

1

2

1 – pył drobnoziarnisty,

2 – pył gruboziarnisty

sumaryczny udział masowy









n

i

1

i

i

i

,%

R

R





i

,



m

R

i

%

< 5

5

<10

15

....

...

<



max

100

udział masowy ziaren o określonej średnicy

2,5

7,5

20

30

10

5

25



R

i

%



i

0 5 10 15 20 25 30 35



m

,%

100

m

m

R

o

i

i





m

1

- masa ziaren o średnicach z przedziału





i--1 ,



i >,

m

o

- masa wszystkich ziaren.



i-1

,



i



m



R

i

%

0 - 5

5

5 -10

10

…

….



R

i

100

◄

►

10

Przedziałowa skuteczność odpylania



pi

= f(



i)

skuteczność zatrzymywania w odpylaczu pyłów o określonej wielkości



i-1

,



i

(



i

)

śr



pi



m



m

%

0-2

1,4

20

2-5

3,2

50

5-10

7,1

75

.....

....

....



max

100



gr 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

30

2



gr1



i

,



m



pi

, %

1

1 – odpylacz
wysokosprawny
2 – odpylacz
niskosprawny

Ziarno graniczne



gr

ziarno pyłu zatrzymywane w odpylaczu ze skutecznością



pi

=50 %

11

iU

iZ

c

iU

iZ

pi

R

R

R

U

R

Z





















iU

iE

c

iU

pi

R

R

1

R





















iE

c

iZ

c

iZ

c

pi

R

1

R

R























R

iU

- zawartość frakcji z przedziału



i-1

-



i

w unosie,



R

iE

- zawartość frakcji z przedziału



i-1

-



i

w emisji,



R

iZ

- zawartość frakcji z przedziału



i-1

-



i

w pyle wytrąconym















n

i

1

i

iU

pi

c

R







Przykład

PYŁ NR 1

PYŁ NR 2



i-1

-



i



pi



R

i



pi



R

i



R

i



pi



R

i



m

%

-

%

-

%

0 - 2

30

0,10

3,0

0,02

0,6

2 - 5

45

0,15

6,8

0,05

2,2

5 - 10

60

0,20

12,0

0,05

3,0

10 -15

80

0,15

12,0

0,10

8,0

15 - 20

90

0,10

9,0

0,10

9,0

20 - 30

95

0,05

4,8

0,10

9,5

30 - 40

97

0,05

4,9

0,15

14,6

40 - 60

99

0,05

5,0

0,20

19,8

> 60

100

0,15

15,0

0,23

23,0



C

= 72,5 %



C

= 89,7 %

12

Odpylanie wielostopniowe

szeregowe zestawienie urządzeń odpylających
Podstawowa zasada wielostopniowego odpylania:

(



gr

)

n

< (



gr

)

n-1

< ..... < (



gr

)

1

1-szy

stopień

opylania

2-gi

stopień

odpylania

n-ty

stopień

odpylania





 









n

i

1

i

ci

c

1

1





Skuteczność odpylania w układach

wielostopniowych

Przykład



c1

= 60 % ,



c2

= 85 %



c

= 1-0,4 * 0,15 = 0,94 = 94 %



c1

= 60 %,



c2

= 30 %



c

= 1- 0,4 * 0,7 = 0,72 = 72 %

E

2

E

1

= U

2

U

1

1

stopień

odpylania

2

stopień

odpylania

1

2

c

U

E

1















2

C

1

2

C

2

2

1

E

1

U

E

















1

C

1

1

1

U

E







ale







2

C

1

C

1

2

1

1

U

E

















2

C

1

C

C

1

1

1















Wyprowadzenie wzoru skuteczność odpylania na
przykładzie układu 2-stopniowego

więc

13

Proces odsiarczania spalin polega na wiązaniu
gazowego SO

2

w solach wytrącanych w instalacji

odsiarczającej w postaci stałej.

Skuteczność odsiarczania spalin definiowana jest
identycznie jak całkowita skuteczność odpylania:

,%

100

U

Z

2

SO

2

SO

2

SO





,%

100

)

U

E

1

(

2

SO

2

SO

2

SO







,%

100

E

Z

Z

2

SO

2

SO

2

SO

2

SO







U

SO2

– unos dwutlenku siarki – strumień masy dwutlenku siarki w spalinach za źródłem

E

SO2

– emisja dwutlenku siarki – strumień masy dwutlenku siarki w spalinach emitowanych do

atmosfery

Z

SO2

– strumień masy dwutlenku siarki usuniętego ze spalin w instalacji odsiarczającej

I
N O
S D
T S
A I
L A
A R
C C
J Z.
A

U

SO2

E

SO2

Z

SO2

U

SO2

= E

SO2

+ Z

SO2

14

Najczęściej stosowane sorbenty: CaCO

3

oraz Ca(OH)

2

Przykładowe reakcje

2

2

4

2

2

2

3

CO

O

H

2

CaSO

O

2

1

O

H

2

SO

CaCO

.

1













produkty reakcji : uwodniony siarczan wapnia (gips) i dwutlenek węgla
– metoda mokrego odsiarczania

4

2

3

2

3

2

2

CaSO

O

2

1

CaSO

O

H

CaSO

SO

)

OH

(

Ca

.

2











produkty reakcji : siarczyn wapnia a następnie po utlenieniu siarczan wapnia i woda –
metoda półsuchego odsiarczania

15

S

Ca

m

m

U

M

2

SO

.

sorb

2

SO

.

sorb



U

SO2

– unos dwutlenku siarki

Z

SO2

– strumień masy dwutlenku siarki usuniętego ze spalin w instalacji odsiarczającej

m

siarcz.

,

m

sorb.

,

m

SO2

– odpowiednio masa cząsteczkowa produktu reakcji, sorbentu, oraz

dwutlenku siarki, g/mol (kg/kmol)
Ca/S – współczynnik określający nadmiar (Ca/S> 1) lub niedomiar sorbentu (Ca/S<1) w stosunku do
ilości wynikającej ze stechiometrii (Ca/S= 1)

2

SO

reakcji

.

prod

2

SO

reakcji

.

prod

m

m

Z

M



Strumień masy przereagowanego sorbentu

Strumień masy produktu reakcji wiązania SO

2

w sole

2

SO

.

sorb

2

SO

.

sorb

m

m

Z

R



Strumień masy sorbentu wprowadzonego do instalacji odsiarczającej

Strumień masy nieprzereagowanego sorbentu

























100

S

Ca

m

m

U

R

M

M

2

SO

2

SO

.

sorb

2

SO

.

sorb

.

sorb

.

sorb

16

Koszty inwestycyjne K

i

•koszt dokumentacji
•koszt zakupu urządzeń realizujących procesy odpylania, odsiarczania, odazotowania spalin
oraz urządzeń z nimi współpracujących (w tym opomiarowania)
•koszt montażu instalacji oraz aparatury kontrolno-pomiarowej
•koszt rozruchu mechanicznego i technologicznego

Koszty eksploatacyjne K

e

•koszty bieżącej obsługi instalacji (płace personelu, substancje redukujące SO2 i NOx, itp),
•koszty przeglądów okresowych i remontów oraz koszty wymiany zużywających się elementów
instalacji realizujących procesy odpylania, odsiarczania, odazotowania spalin
•koszty gospodarki odpadami pochodzącymi z procesów redukcji zanieczyszczeń emitowanych
do atmosfery
•koszty zużycia energii.

Koszty usuwania zanieczyszczeń ze spalin

rosną wraz ze wzrostem wymaganej skuteczności

redukcji tych zanieczyszczeń czyli z obniżaniem poziomu dopuszczalnej emisji oraz w szczególności:

• zwiększeniem stopnia rozdrobnienia pyłu (odpylanie),
• rodzajem substancji redukujących SO2 i NOx, ich ilością oraz miejscem wprowadzenia do

strumienia spalin.