Skuteczna i pewna redukcja emisji pyłów

Pyły są niepożądanym produktem procesów spalania w instalacjach energetycznych różnych rodzajów paliw. Najczęściej są rezultatem niezoptymalizowanego, niepełnego ich spalania. Emisje pyłów to popioły (Oxidasche) różnych tlenków metali, które zawarte są w paliwach i niedopalone związki węgla.

Te niedopalone, organiczne związki węgla, emitowane razem ze spalinami, w poważnym stopniu zanieczyszczają środowisko naturalne. Wdychane obciążają nasze zdrowie – mogą być przyczyną różnych schorzeń rakowych.

W ostatnich latach, procesy spalania w przeznaczonych do tego instalacjach zostały poddane szczegółowym, gruntownym, naukowym badaniom. Badania te doprowadziły do tego, że dziś możliwe jest spalanie, któremu towarzyszą minimalne emisje pyłów.

Mimo, że rozwój techniki umożliwił lepsze spalanie i doprowadził do optymalizacji tych procesów, w dalszym ciągu emisje pyłów, z powodu niewłaściwie spalanych paliw, są za wysokie. Dlatego też kraje wysoko uprzemysłowione określają ustawami dopuszczalne granice szkodliwych emisji.

Zastosowanie katalizatorów

Jedną z metod zmniejszenia emisji pyłów jest poprawa spalania przez zastosowanie katalizatorów wspomagających ten proces. Są to wodne lub olejowe roztwory soli organicznych różnych związków metali, które w niewielkich ilościach dodawane są do paliwa. W płomieniu działają synergicznie, stwarzając dogodne warunki do oksydacji związków węgla. W ten sposób można osiągnąć niemalże całkowite spalenie podawanego paliwa. Oprócz znacznej redukcji emisji pyłów, dodatkową zaletą stosowania katalizatorów spalania jest możliwość prowadzenia tych procesów przy minimalnym nadmiarze powietrza, tzn. przy prawie stechiometrycznym zakresie, co z kolei ogranicza możliwość tworzenia się termicznych związków azotu (NOx).

Zastosowanie w praktyce

W maju 2009 wspólnie z niezależnym instytutem pomiarowym Műller BBM w Monachium, przeprowadzone zostały pomiary redukcji emisji pyłów przed i po zastosowaniu dodatku satamin w Elektrowni nr 1 rafinerii MiRO w Karlsruhe. W rafinerii tej spalany jest tak zwany Heavy Cycle Oil (HCGO) i gaz rafineryjny. W czasie prób dozowane były dwa produkty z serii satamin firmy ERC GmbH. Zadaniem tych prób było zapobieganie tworzeniu się sadzy podczas spalania Heavy Cycle Oil przy pomocy dodatku satamin tak, by emisje pyłów nie przekraczały 20mg/Nm3 w spalinach suchych, przy 3% zawartości tlenu. Zgodnie z założonym programem pomiarowym, próby przeprowadzono na kotle nr 4 przy 75% i 100% obciążeniu. Z przyczyn technologicznych na trzech z czterech palników spalany był Heavy Cycle Oil – na palniku czwartym spalano gaz rafineryjny.

Rys. 1 Certyfikat analizy oleju HCGO.

Rys. 1 Certyfikat analizy oleju HCGO.

Zadaniem instytutu pomiarowego Műller BBM był dokładny pomiar emisji pyłów metodą grawimetryczną za pomocą filtra płaskiego. Z kolei zadaniem ERC GmbH było, dla tego specyficznego paliwa, oprócz produktu standardowego satamin 3146 (dla olei ciężkich dostępnych w sprzedaży rynkowej), uzyskanie nowej receptury additvu, by uzyskać jak najniższe emisje pyłów (części palnych) w gazach spalinowych. Poza tym, przy przeprowadzaniu prób musiały być brane pod uwagę warunki pracy na terenie rafinerii.

Fot. 1 Filtry.

Fot. 1 Filtry.

Miejsce dozowania sataminu znajdowało się po stronie ssącej pompy tłoczącej paliwo. Zapewniało ono homogeniczne dozowanie sataminu do Heavy Cycle Oil, co z kolei było jednym z ważniejszych założeń – by osiągnąć zamierzone redukcje części palnych w gazach spalinowych. W ten sposób satamin został wymieszany z całą ilością oleju, która miała być spalana w czasie prób na pracującym kotle. Przy każdej zmianie obciążenia kotłów przeprowadzano wielokrotne pomiary.

Wyniki prób

Pierwsze próby przeprowadzono jeszcze przed rozpoczęciem dozowania, ponowne – po dodaniu sataminu 3146. Po pierwszych próbach dozowania additivu, przy osiągniętym poziomie pyłów poniżej 20mg/m3 (poziom wyjściowy wynosił 176mg/m3), przygotowany został nowy skład sataminu, dopasowany do tego rodzaju oleju (HCGO). Później oznakowanego jako satamin 3121. Wyniki tych prób zostały ujęte w tabeli 1 i 2.

Tab. 1 Pomiary próbne z sataminem i bez sataminu na  kotle nr 4, Elektrownia Miro Karlsruhe.

Tab. 1 Pomiary próbne z sataminem i bez sataminu na
kotle nr 4, Elektrownia Miro Karlsruhe.

Tab. 2 Pomiary próbne z sataminem i bez sataminu na  kotle nr 4, Elektrownia Miro Karlsruhe.

Tab. 2 Pomiary próbne z sataminem i bez sataminu na
kotle nr 4, Elektrownia Miro Karlsruhe.

Certyfikat analizy oleju z dodatkiem i bez dodatku wskazywał jednakowo wysoki poziom popiołów tlenków metali, który wynosił 0,01% wagi oleju. Odpowiada to zawartości 8,5mg/Nm3 pyłów w spalinach. Pomimo tych niedogodnych wartości oleju, zdołano osiągnąć prawie 100% redukcję sadzy (rys. 1)! Na wykresie (rys. 2) zarejestrowana została zmiana zagęszczenia gazów spalinowych – redukcja pyłów w czasie dozowania sataminu 3121 jest jednoznaczna.

Rys. 2 Zmiana gęstości gazów po dozowaniu sataminu 3121.

Rys. 2 Zmiana gęstości gazów po dozowaniu sataminu 3121.

Na przykładzie prób z katalizatorem satamin 3121 w rafinerii MiRO można udowodnić, że przy pomocy środków wspomagających spalanie, możliwa jest redukcja pyłów do poziomu poniżej 20mg/Nm3 przy 3% zawartości tlenu w gazach suchych. Zbędne są w tym przypadku duże wydatki inwestycyjne, które związane byłyby z instalowaniem np. elektrofiltrów. Przy stałym dozowaniu sataminu 3121 można obniżyć nadmiar powietrza – co z kolei redukuje możliwość tworzenia się NOx i podnosi efektywność energetyczną kotła.

Autorzy: Jan – Dirk Meurer, Zoltan Teuber, Teresa Motyczyńska, ERC Emissions-Reduzierungs-Concepte GmbH

Fot. otw. art.: sxc.hu, pozostałe fot., rys., tab.: zasoby własne autorów.

ERC Technik GmbH | Bäckerstrasse 13 | 21244 Buchholz i.d.N. | www.erc-online.de