1. Porównanie metody wapniowej suchej i półsuchej.

Metoda półsucha polega na suszeniu rozpyłowym, podczas którego zachodzi jednocześnie absorpcja dwutlenku siarki w kroplach roztworu lub zawiesiny substancji alkalicznej. Podczas przepływu spalin przez suszarkę rozpyłową następuje odparowanie wody, część fazy stałej jest unoszona z suszarki strumieniem odsiarczanego gazu i wychwytywana przez urządzenia odpylające, pozostała zaś część fazy stałej jest odbierana z dolnej części suszarki.

Metoda sucha wapniowa charakteryzuje się tym, że procesy wiązania chemicznego dwutlenku siarki przebiegają w układzie gaz-ciało stałe podczas spalania spali. Jako sorbenty stosuje się najczęściej wapienie i dolomity, także wodorotlenek wapnia, które po rozdrobnieniu wprowadza się do strefy spalania nad palnikami pyłowymi. Po zmieszaniu ze spalinami sorbenty wapniowe w wysokiej temperaturze strefy spalania przechodzą w postać tlenkową, a następnie uaktywniony sorbent wiąże dwutlenek siarki. Sucha metoda wapniowa odsiarczania spalin jest najbardziej odpowiednia dla źródeł emisji małych i średniej wielkości (100-200 tys. m3/h)

1. Przesłanki dotyczące doboru parametrów dla najlepszego urządzenia do oczyszczania gazów

Dobór właściwej technologii oczyszczania gazów zależy od wielu czynników, których wypadkową jest metoda umożliwiająca spełnienie wymagań co do dopuszczalnej emisji dwutlenku siarki, tlenków azotu i innych zanieczyszczeń, zapewniająca najniższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Proponowane zaś technologie oczyszczania gazów powinny być sprawdzone, technicznie dojrzałe i stosowane już w podobnych obiektach. Powinny zapewniać duży stopień wykorzystania łatwo dostępnego sorbentu oraz zagospodarowanie produktu oczyszczania. Technologię oczyszczania spalin powinna cechować duża dyspozycyjność, większa od dyspozycyjności kotłów, a wykonanie instalacji powinno być kompletne. Ideą przewodnią programu ograniczania emisji zanieczyszczeń do powietrza powinna być więc jego kompleksowość, maksymalna ochrona środowiska bez nadmiernie dużych nakładów finansowych.

1. Opisać działania zapewniające sprawną i właściwą eksploatacje urządzeń oczyszcz.

Bezawaryjna eksploatacja urządzeń do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wiąże się w dużym stopniu z prawidłowym zaprojektowaniem. Aby więc zapewnić sprawną i niekłopotliwą eksploatację urządzeń oczyszczających, ich użytkownicy powinni współdziałać z projektantami, zwłaszcza podczas opracowywania założeń, a następnie nadzorować wykonawstwo. Przekazanie instalacji użytkownikowi musi być poprzedzone przeprowadzeniem przez wykonawcę jej regulacji i próbnego rozruchu. Do czynników od których zależy jakość eksploatacji urządzeń do oczyszczania gazów zalicza się:

-zmiany warunków w źródle emisji i ich wpływ na parametry pracy urządzenia i sprawność oczyszczania

-projektowanie, materiał konstrukcyjny i wykonanie

-końcowy montaż, rozruch i przekazanie do eksploatacji

-wyszkolenie obsługi i właściwa kontrola procesu

-rejestracja danych o pracy urządzenia

6.Metody wtórne odazotowania spalin

Metodą wtórną zmniejszenia emisji tlenków azotu jest selektywna redukcja katalityczna, która polega na użyciu amoniaku jako gazu redukującego w obecności katalizatora. Tlenki azotu ulegają przemianie na azot i wodę, a więc obojętne składniki atmosfery. Proces wymaga temperatury 423 do 673 K w zależności od aktywności zastosowanego katalizatora. Redukcja tlenków azotu amoniakiem przebiega selektywnie zarówno na metalach szlachetnych (Pt, Pd, Rh), jak i na tlenkach metali przejściowych, które są mniej podatne na zatrucia. Żywotność katalizatora wynosi co najmniej 3 lata w elektrowniach opalanych węglem i od 5 do 7 lat w elektrowniach opalanych olejem i gazem.

Do metod wtórnych należy też jednoczesne usuwanie tlenków azotu i dwutlenku siarki. Można je podzielić na metody mokre i suche. Do metod mokrych należą procesy: utleniająco-absorpcyjno-redukcyjne, utleniająco-absorpcyjne,absorpcyjno-redukcyjne,absorpcyjno-utleniające. Do metod suchych należą procesy: sorpcyjno-katalityczne, jednoczesnej katalizy, oddziaływania zewnętrznymi czynnikami jonizującymi.

 

1. metoda katalityczna SCR usuwania tlenków azotów i jej warianty

Redukcja katalityczna jest efektowną, kosztowną metodą oczyszczania gazów odlotowych. Jest stosowana w krajach wysoko uprzemysłowionych do unieszkodliwiania tlenków azotu z gazów spalinowych oraz z gazów odlotowych, powstających podczas produkcji kwasu azotowego. Metoda ta wymaga użycia katalizatorów oraz jako gazów redukujących wodoru, tlenku węgla, metanu i innych węglowodorów, a także amoniaku, który w obecności tlenu reaguje selektywnie z tlenkami azotu. W zależności od użytego gazu redukcyjnego proces usuwania tlenków azotu z gazów może być selektywny lub nieselektywny. Nieselektywna redukcja katalityczna: do zupełnego oczyszczenia gazów z tlenków azotu wymagany jest pewien nadmiar gazu redukcyjnego, gdyż szybkość reakcji z tlenem jest większa niż szybkość redukcji tlenków azotu. Produktami reakcji są azot, woda i dwutlenek węgla. Proces przebiega w tem. Od 473 do 773 K, a jako katalizatory stosuje się platynę i pallad na nośnikach. Do zainicjowania procesu kontaktowania mieszanina gazów musi być podgrzana do temperatury wyższej od temperatury zapoczątkowania reakcji, która zależy od aktywności katalizatora i rodzaju gazu redukującego. Reakcja jest egzotermiczna. Selektywna redukcja katalityczna polega na użyciu amoniaku jako gazu redukującego w obecności katalizatora. Tlenki azotu ulegają przemianie na azot i wodę. Wymagana tem. 423-673K. Wydajność reakcji zależy od temperatury, rodzaju katalizatora, stosunku amoniak/tlenki azotu oraz od przepływu gazu przez warstwę katalizatora. Katalizatory oferowane jako granulki, pastylki, płaskie faliste płyty, kasety, kratownice,, plastry miodu.

1. Fluidalne metody spalania węgla

W złożu fluidalnym rozdrobnione paliwo i sorbenty są podawane do strefy spalania kotła, gdzie wraz z materiałem inertnym tworzą złoże. Podczas spalania fluidalnego wykorzystuje się ciągły strumień wdmuchiwanego powietrza lub tlenu w celu zapewnienia odpowiedniej turbulencji, przez co osiąga się stan zawieszenia cząstek w strumieniu gazu. Złoże zachowuje się podobnie jak ciecz, określa się je jako fluidyzujące. Ciągłe mieszanie cząstek złoża umożliwia całkowite spalenie paliwa i zapewnia utrzymanie jednolitej temperatury w strefie spalania. Ciepło spalania jest częściowo odprowadzane prze parę powstającą w rurach kotła przechodzących przez złoże. Materiał złoża umożliwia przepływ ciepła do rurek kotła i wiąże dwutlenek siarki. Spalanie paliw w złożu fluidalnym jest jedną z metod ograniczenia emisji SO2 i tlenków azotu. Podczas spalania powstają stałe odpady: popioły ze złoża oraz popioły z odpylania spalin. Zalety fluidalnego spalania węgla: możliwość spalania paliw o dużej zawartości popiołu bez konieczności użycia paliwa pomocniczego, możliwość spalania mieszaniny różnych paliw o różnych właściwościach, łatwe przygotowywanie paliwa do spalania, znaczna redukcja emisji dwutlenku siarki, redukcja emisji tlenków azotu, bardzo dobry współczynnik wymiany ciepła w komorze paleniskowej, duża sprawność kotła, suche odprowadzanie popiołu z komory paleniskowej. Wady: długi rozruch kotła ze stanu zimnego (5-7h), konieczne duże ciśnienie powietrza aby utrzymać złoże fluidalne, do spalania paliw o małej zawartości popiołu wymagane jest doprowadzenie do komory paleniskowej odpowiedniej ilości materiału inertnego w celu utrzymania stałej cyrkulacji, długi czas chłodzenia wymurowanych części kotła w razie remontu, zagrożenie erozyjne powierzchni ogrzewanych, zwiększone koszty eksploatacyjno-remontowe.

1. rodzaje adsorberów i jakie warunki powinny spełniać adsorbery przemysłowe

Do prowadzenie procesu adsorpcji stosuje się adsorbery z : nieruchomą warstwą adsorbentu, ruchomą warstwa adsorbentu, ruchomą warstwą adsorbentu w stanie fluidalnym. Adsorbery przemysłowe powinny wykazywać: dużą selektywność, tzn. adsorbować jedynie określoną substancję gazową , nie reagować na inne; dużą zdolność adsorpcyjną , nawet wówczas gdy stężenie adsorbentu w gazie oczyszczanym jest nieduże; łatwość regeneracji(desorpcji);odporność chemiczną; zdolność wielokrotnej regeneracji ze względu na kosz adsorbentu; odporność termiczną i mechaniczną na ścieralność i zgniatanie.

1. Kryteria doboru i projektowania adsorberów

Należy brać pod uwagę: wymaganą skuteczność oczyszczania gazu; właściwości fizykochemiczne oczyszczanego gazu; właściwości fizykochemiczne adsorbentu; wielkość strumienia gazu ;masę adsorbentu; warunki prowadzenia procesu(okresowy, ciągły); możliwość utylizacji produktów oczyszczania gazu w macierzystym zakładzie.

6. metody mokre usuwania jednocześnie dwutlenków siarki i tlenków azotu

Metody mokre należą do metod wtórnych. Proces oczyszczania odbywa się w układzie ciecz-gaz. Do metod mokrych należą procesy: utleniająco-absorpcyjno-redukcyjne, utleniająco-absorpcyjne,absorpcyjno-redukcyjne,absorpcyjno-utleniające.Ich zaletą jest niewrażliwość na zapylenie gazów, uzyskiwanie dużego stopnia odsiarczania i odazotowywania spalin (do ok. 90%), do wad natomiast zalicza się wysokie koszty ogólne skomplikowanych instalacji, konieczność utylizacji roztworów poabsorpcyjnych oraz konieczność podgrzewania oczyszczonych gazów.

1. Metoda mokra magnezowa odsiarczania

Metody magnezowe należą do metod regeneracyjnych odsiarczania gazów. Polegają one na absorpcji dwutlenku siarki w zawiesinie wodorotlenku magnezu. W wyniku rekcji między dwutlenkiem siarki a wodorotlenkiem magnezu tworzą się siarczany oraz siarczan magnezu, które następnie poddawane są regeneracji. Polega ona na termicznym rozkładzie produktów absorpcji, w wyniku czego powstaje tlenek magnezu i dwutlenek siarki. Absorpcję i regeneracje przeprowadza się w odrębnych węzłach technologicznych. Zaletą metody magnezowej jest regeneracja absorbentu, odzysk dwutlenku siarki i możliwość uzyskania dużej skuteczności odsiarczania. W instalacji osady ciała stałego nie blokują wnętrza aparatury. Główną wadą metody jest duże zużycie energii(proces regeneracji pochłania ponad 60% kosztów eksploatacji)

2.Metoda FHW

Proces odsiarczania spalin według technologii FHW wykorzystuje suchy sorbent w postaci pyłu CaO lub Ca(OH)2. Odsiarczania przebiega z wysoką sprawnością, przekraczającą 90%, w zakresie temperatur gazów spalinowych umożliwiającym odprowadzenie ich do komina bez podgrzewania. Uzyskiwany produkt odsiarczania spalin składa się głównie z neutralnego dla środowiska gipsu(ok.60%). Zawartość siarczanu wapnia nie przekracza 3%, co stanowi istotną zaletę tej metody, w porównaniu ze znanymi suchymi technologiami odsiarczania spalin. Całkowite zapotrzebowanie na energię elektryczna wynosi poniżej 1,3 kWh na 1000m3 spalin w warunkach normalnych. Zużycie świeżego wapna przewidywane jest na poziomie Ca/s=1,5.

3.Metoda Wellmana-Lorda

Jest to metoda odsiarczania spalin. Obejmuje trzy zasadnicze węzły technologiczne: absorpcję dwutlenku siarki z gazów odlotowych, obróbkę roztworów poabsorpcyjnych i odzysk dwutlenku siarki połączony z regeneracją roztworu poabsorpcyjnego. W pierwszym węźle gazy kontaktują się z roztworem siarczynu sodu. W wyniku zachodzącej absorpcji dwutlenku siarki powstaje kwaśny siarczyn sodu. Ponieważ występujące w tej reakcji związki chemiczne są całkowicie rozpuszczalne nie zachodzi niebezpieczeństwo zatkania instalacji w skutek wytrącania się osadów w skruberze i rurociągach. Oprócz głównej reakcji powstaje niepożądany siarczan sodu, który jako balast zostaje usunięty w drugim węźle, a po wysuszeniu może być przedmiotem zbytu dla przemysłu papierniczego. W trzecim węźle następuje odparowanie i rozkład termiczny produktów absorpcji. Siarczyn sodu jest zawracany do węzła absorpcji , a z lotnych produktów rozkładu po usunięciu pary wodnej otrzymuje się strumień dwutlenku siarki. Skuteczność odsiarczania 90-98%.

1.Metoda dwualkaliczna

Blokowanie adsorberów, rurociągów, odkraplaczy itp. Przez wytrącające się osady w instalacjach odsiarczania gazów metodą wapniową były powodem opracowania metody dwualkalicznej, opartej na roztworach węglanu lub wodorotlenku sodu. Produkty absorpcji dwutlenku siarki w tych roztworach są rozpuszczalne w wodzie, nie występuje więc zjawisko wytracania się stałych osadów w węźle absorpcji. Regenerację roztworu poabsorpcyjnego prowadzi się za pomocą wodorotlenku lub węglanu wapnia w oddzielnym urządzeniu reakcyjnym. Produkt stanowi CaSO4 i SaSO3 w postaci zawiesiny. Skuteczność odsiarczania gazów metodą dwualkaliczną jest większa niż metodą wapniową- osiąga 95%. W wariantach tej metody opracowanej w Japonii ostatnim etapem jest utlenianie siarczanu wapnia do gipsu, który jest produktem handlowym. W USA poprzestaje się na produkcie w postaci mieszaniny CaSO3/CaSO4. Do zalet metody dwualkalicznej można zaliczyć: Możliwość utylizacji odpadowego gipsu do celów budowlanych; dużą niezawodność systemu; małe straty roztworów w obiegu zamkniętym; niewielkie zużycie energii dzięki małym spadkom ciśnienia i niewielkiemu natężeniu zraszania; łatwo dostępne materiały konstrukcyjne; małą agresywność korozyjną; zwiększoną skuteczność odsiarczania gazów (90-95%).

2.Mokra metoda wapniowa.

Metody mokre są oparte na wiązaniu dwutlenku siarki tlenkiem, wodorotlenkiem lub węglanem wapnia, metodą mokrą, półsuchą lub suchą. W metodzie mokrej w procesie odsiarczania gazu sorbentem jest wodna zawiesina wodorotlenku lub węglanu wapnia. PH zawiesiny wodorotlenku wapnia powinno wynosić około 8, zawiesiny węglanu wapnia około 6. W roztworach bardziej kwaśnych powstaje twardy osad siarczanu wapnia CaSO4, który, osiadając na ściankach, powoduje blokowanie wnętrza aparatury. Kontrola pH ma więc znaczenie. Aby ograniczyć zmiany pH spowodowane zmianami stężenia SO2 w gazach odlotowych, zabezpieczyć urządzenia przed zarastaniem osadem i zwiększyć skuteczność odsiarczania, do roztworu absorpcyjnego wprowadza się różne dodatki, takie jak kwas mrówkowy, benzoesowy lub adypinowy. Otrzymany w procesie absorpcji szlam siarczynu i siarczanu wapnia w większości instalacji utlenia się w kolumnie utleniającej. Obecny zaś w szlamie nieprzereagowany sorbent zobojętnia się kwasem siarkowym. Otrzymany siarczan wapnia może być stosowany jako dodatek do cementu lub do produkcji ścianek gipsowych. Dzięki zastosowaniu specjalnych katalizatorów gips pochodzący z instalacji odsiarczających charakteryzuje się budową krystaliczną i stopniem czystości porównywalnymi z gipsem naturalnym. Metoda mokra wapniowa jest prosta i tania. Mimo wad, takich jak niezbyt duży stopień odsiarczania gazów (80-90%) oraz trudności techniczne związane z zarastaniem urządzeń stałymi siarczanami i siarczynami, jest ona powszechnie stosowana.

3.Co wpływa na efektywność procesów katalicznych odsiarczania spalin?

O efektywności procesu katalicznego utleniania i redukcji zanieczyszczeń gazowych decydują: właściwy dobór katalizatora, temperatura procesu; obciążenie katalizatora(stosunek objętości oczyszczanych gazów w jednostce czasu do objętości użytego katalizatora); sposób konstrukcyjnego rozwiązania urządzenia kontaktowego

Konstrukcja urządzenia katalitycznego powinna zapewniać: przebieg procesu według optymalnej krzywej temperaturowej; końcowy stopień zetknięcia gazu z katalizatorem wynoszący 98-99%; mały opór hydrauliczny; stabilną pracę po zmianie temperatury i stężenia zanieczyszczenia w gazie; łatwość regulacji i automatyzacji; dostępność wszystkich części aparatury do remontu i wymiany; łatwość załadunku i wyładunku katalizatora oraz łatwość uruchomienia; dużą bezwładność cieplną(po przerwach w pracy reaktor powinien włączać się bez podgrzewania), minimalne wymiary i niewielkie koszty.

Projektant powinien rozporządzać danymi dotyczącymi: charakterystyki źródła emisji zanieczyszczeń, tzn. właściwości fizykochemicznych oczyszczanego gazu, stężeń zanieczyszczeń i wielkości strumienia gazu; wymaganej skuteczności oczyszczania gazów; rodzaju pracy reaktora(izotermiczny, adiabatyczny lub nieizotermiczny i nieadiabatyczny); zakresu temperatury, w jakiej ma pracować reaktor; typu reaktora(z warstwą nieruchomą, z warstwą fluidalną katalizatora), warunków procesu(okresowy, ciągły, bez regeneracji, z regeneracją katalizatora); masy katalizatora oraz częstości jego wymiany; zastosowania właściwego wymiennika ciepła(reakcja egzotermiczna bądź endotermiczna); rodzaju konstrukcji i wymiarów reaktora.

4.Pierwotne metody odazotowania spalin.

1. Modyfikacja procesu spalania przez modernizację układu paleniskowego. Ograniczenie ilości tlenków azotu wytwarzanych w procesie spalania można uzyskać dzięki modyfikacji procesu spalania przez modernizacją układu paleniskowego. Można tego dokonać przez: niestechiometryczne spalanie, recyrkulację spalin która powoduje obniżenie maksymalnej temperatury płomienia i zmniejszenie stężenia tlenu w początkowym odcinku spalania. ; doprowadzenie wody lub pary aby obniżyć temperaturę płomienia co bezpośrednio wpływa na zmniejszenie emisji tlenków azotu; doprowadzenie dodatkowego paliwa węglowodorowego do komory spalania nad palnikami głównymi w tzw systemie MACT; selektywną redukcję niekataliczną (SNCR) która polega na iniekcji amoniaku do komory spalania redukcja tlenków azotu z największą wydajnością przebiega w zakresie temperatury 1070-1270 K.

2. Modyfikacja konstrukcji kotłów: z uwzględnieniem rodzaju paleniska, obciążenia cieplnego komory, rodzaju i rozmieszczenia palników, kąta nachylenia palników, zmiany obciążenia palników. Najwięcej tlenków azotu powstaje w dużych paleniskach pyłowych, trochę mniej w paleniskach z suchym odprowadzeniem żużla i palnikami wirowymi. Najmniejsza emisję tlenków azotu wykazują paleniska tangencjalne. Moc ciepła paleniska nie ma wpływu na emisję tlenków azotu.

3. Stosowanie palników specjalnej konstrukcji. Takich jak palniki niskoemisyjne, palniki ze stopniowaniem paliwa lub z recyrkulacją gazów ogranicza emisję tlenków azotu. Najbardziej rozpowszechnione są dwa rodzaje palników niskoemisyjnych, palnik strumieniowy z zastosowaniem powietrza strefowego oraz palnik wirowy z zastosowaniem powietrza strefowego. Emisja tlenków azotu jest redukowana o około 40% w porównaniu z emisją z palników klasycznych.

4. Stosowanie kotłów z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym. Możliwe jest efektywne spalanie niskogatunkowych paliw czy nawet odpadów, dotychczas odrzucanych ze względu na niską kaloryczność i zanieczyszczenia. Emisję tlenków azotu zmniejsza się o około 70% ze względu na znacznie niższą temperaturę spalania niż w paleniskach konwencjonalnych, a także możliwość wiązania dwutlenku siarki bezpośrednio w złożu przez odpowiednie sorbenty, zwykle wiązki wapnia.

Perspektywy ograniczenia emisji tlenków azotu metodami pierwotnymi: są one powszechnie stosowane ze względu na korzystny stosunek stopnia odazotowania spalin do kosztów, ale wymagają skomplikowanego systemu kontroli i sterowania procesem spalania oraz stwarzają zagrożenie zwiększonej emisji produktów niezupełnego spalania węgla. W razie nierozważnej modyfikacji procesu spalania może zwiększyć się niedopał, może wystąpić żużlowanie ekranów kotłowych lub ich korozja. Polepszanie jakości rozpylania i intensywne odparowanie paliwa nie są metodami zmniejszenia tlenków azotu, a wręcz przeciwnie, przez zwiększenie prędkości spalania zwiększają emisję tlenków azotu. Obie metody dają jednak pozytywne efekty zastosowane razem z innymi metodami. Konieczność kontroli spalania ogranicza zastosowanie metod pierwotnych w układach małej mocy, w których zainstalowanie takiego systemu jest niemożliwe lub nieopłacalne. O zastosowaniu konkretnego sposobu odazotowania spalin powinna decydować wnikliwa analiza możliwości wprowadzania zmian w układzie paleniskowym, uwzględniająca jakoś spalanego paliwa, rodzaju urządzeń paleniskowych i warunki lokalne zakładu, a także możliwości zwiększonej emisji tlenku węgla.