Denitrifikace Ochrana ovzduší ZS 2012/2013 1
Úvod Pojem oxidy dusíku NO NO 2 Další formy NO x Vznik NO x 2
Vlastnosti NO Oxid dusnatý Vlastnosti M mol,no = 30,01 kg/kmol V mol,no,n = 22,41 m 3 /kmol ρ NO,N = 1,339 kg/m 3 I.L. nejsou stanoveny E.L. nejsou pro NO samostatně stanoveny 3
Oxid dusičitý Vlastnosti M mol,no2 = 46,01 kg/kmol V mol,no2,n = 22,41 m 3 /kmol ρ NO2,N = 2,053 kg/m 3 Zdravotní účinky Vznik Vlastnosti NO 2 Podíl na tvorbě fotochemického smogu a kys. dešťů I.L. pro NO 2 E.L. nejsou pro NO 2 samostatně stanoveny 4
Emisní limity pro NO x E.L. pro NO x ze spalovacích procesů Pro ZV, V a S zdroje Podle paliva Podle data uvedení do provozu 5
Vznik NO x Spalovací procesy Mobilní zdroje Denitrifikace denitrifikace emisí NO x ze stacionárních zdrojů při atmosférickém tlaku Primární opatření Sekundární opatření 6
Vznik NO x při spalování plynných, kapalných a tuhých paliv 3 způsoby vzniku Termický NO x Palivový NO x Promptní NO x 7
Vznik NO x při spalování plynných, kapalných a tuhých paliv 8
Vznik NO x při spalování tuhých paliv Závislost koncentrace vznikajících NO x s teplotou plamene 9
Vznik NO x při spalování tuhých paliv Vliv přebytku spalovacího vzduchu α na tvorbu termických a palivových NO x 10
Vznik NO x při spalování tuhých paliv Teplotu plamene při spalování tuhých práškových ovlivňuje: α t spal. vzduchu Q pal 11
Vznik NO x při spalování tuhých paliv Závislost podílu přeměny palivového N u tuhých a kapalných paliv na NO x na vlastním obsahu N v palivu Účinnost přeměny palivového N na NO x dále závisí na: α, velikosti prchavého podílu N v hořlavině, jemnosti mletí 12
α Směr opatření k omezení tvorby NO x Teplota ve spal. prostoru Doba pobytu částic Obsah N v palivu Prchavý podíl v hořlavině Mletí paliva 13
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Podle formy vznikajícího NO x Plynná paliva Tuhá paliva Kapalná paliva Obecně 14
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Snížení tvorby termických NO x teplota spalovacího vzduchu α ochlazení plamene Snížení tvorby palivových NO x palivo koncentrace kyslíku teplotní gradienty ve spalovacím prostoru 15
Primární opatření ke snížení tvorby NO x První generace bez větší rekonstrukce spalovacího zařízení Druhé generace ke snížení koncentrace kyslíku v zóně intenzivního spalování a zrovnoměrnění teplotních gradientů Třetí generace komplexní opatření 1. a 2. gen. + opatření ke snížení již vzniklého NO x 16
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Stanovení koncentrace NO 2 Výpočtem Obsah N N p (%) Příklad měrný obsah dusíku v palivu (g/mj) měrný obsah dusíku 0,5 g/mj α = 1,4 stechiometrickými výpočty max. teoretický obsah NO 2 okolo 4000 mg/m 3 účinnost přeměny N na NO x okolo 20 % obsah NO x ve spalinách 0,2 x 4000 = 800 mg/m 3 Nutná aplikace některých primárních opatření 17
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Spalování s nízkým přebytkem vzduchu α (LEA) Metoda 1. generace Seřízení hořáků Nevýhody 18
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Snížení předehřátí spalovacího vzduchu (RAPO) Proti tvorbě termických NO x Nižší přechod N do prchavého podílu Nevýhoda u tuhých paliv 19
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Stupňovitý přívod vzduchu dvoustupňové spalování (TSC, BS) První fáze Druhá fáze Nižší dynamika hoření Nízkoemisní hořáky (LNB) 20
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Stupňovitý přívod vzduchu třístupňový přívod vzduchu 21
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Analogie dvoustupňového spalování na celý spalovací prostor (BOOS, OFA, IFS) Hlavní hořáky Dopalovací hořáky Porovnání provedení stupňovitého přívodu vzduchu v hořácích a ohništi 22
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Dvoustupňový přívod paliva třístupňové spalování ((TSC), IFR) První fáze Druhá fáze Třetí fáze Různé varianty odstupňovaného přívodu paliva a odstupňovaného přívodu vzduchu redukční pásmo nad plamenem 23
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Recirkulace spalin (FGR) Část spalin zpět Snížení koncentrace kyslíku v plameni Provozní a konstrukční komplikace při vyšší recirkulaci 24
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Hořák s recirkulací spalin a stupňovitým přívodem vzduchu 25
Primární opatření ke snížení tvorby NO x Negativní důsledky primárních metod Základní opatření ke snížení emisí NO x Při nedostatečných primárních opatřeních sekundární opatření 26
Technologie spalování s nízkou tvorbou NO x spalování ve fluidních kotlích Spalování ve fluidním loži Spalování ve fluidních kotlích bublající fluidní lože cirkulující fluidní vrstva tlakové fluidní lože Výhody 27
Technologie spalování s nízkou tvorbou NO x spalování ve fluidních kotlích Bublající fluidní lože Nejčastěji pro menší jednotky 28
Technologie spalování s nízkou tvorbou NO x spalování ve fluidních kotlích Cirkulující fluidní vrstva Horký odlučovač 29
Technologie spalování s nízkou tvorbou NO x spalování ve fluidních kotlích Tlakové fluidní lože Bublající fluidní lože v tlakovém ohništi 30
Technologie spalování s nízkou tvorbou NO x spalování ve fluidních kotlích Vlastnosti fluidních kotlů Nízká tvorba NO x 31
Sekundární opatření ke snížení tvorby NO x Uplatnění Drahé Suché metody SNCR SCR jiné, např. NSCR Mokré metody 32
SNCR selektivní nekatalytická redukce Redukce oxidů dusíku na N 2 bez přítomnosti katalyzátoru Teplota Redukčníčinidlo Aplikace Závislost účinnosti redukce na teplotě spalin 33
SNCR selektivní nekatalytická redukce 3 varianty provedení podle místa aplikace činidla do spalovacího prostoru za přehřívák páry kombinace Kombinovaný SNCR a SCR systém NO x MASTER Cascading No x Control (fa Nalco FuelTech) 34
SNCR selektivní nekatalytická redukce Schéma SNCR metody u Teplárny Strakonice 35
SNCR selektivní nekatalytická redukce Reakční rovnice použití amoniaku a vodného roztoku amoniaku použití močoviny Produkty Přebytek aditiva Účinnost Nevýhody 36
SCR selektivní katalytická redukce Nejrozšířenější Redukce oxidů dusíku na N 2 za přítomnosti katalyzátoru Teplota Redukčníčinidlo Aplikace Reakční rovnice Produkty 37
SCR selektivní katalytická redukce Nutná správná teplota s ohledem na katalyzátor Minimální přebytek aditiva Účinnost 38
SCR selektivní katalytická redukce Katalyzátory Požadavky vysoká aktivita při nízké provozní T a v širokém rozmezí teplot vysoká selektivita chemická odolnost odolnost proti náhlým změnám teplot mechanická odolnost nízká tlaková ztráta dlouhá životnost nízká cena využitelnost jako druhotné suroviny 39
SCR selektivní katalytická redukce Katalyzátory Vývoj Katalyzátory na bázi platinových kovů V 2 O 5 V 2 O 5 na nosičích V 2 O 5 na nosiči TiO 2 Zeolitické katalyzátory zeolity krystalické aluminosilikáty molekulová síta 40
SCR selektivní katalytická redukce Katalyzátory Katalyzátory na bázi aktivního uhlíku výroba Katalyzátor charakteristika 41
SCR selektivní katalytická redukce Katalyzátory Stavba katalyzátorů Moduly (monolity) kanálky (honeycomb) kanálky tvořené deskami nebo trubkami Rozměry 42
SCR selektivní katalytická redukce Reaktory Většinou čtyřhranné skříně s vertikálním prouděním Rychlost spalin Tlaková ztráta 43
SCR selektivní katalytická redukce Katalyzátory Negativní vliv popílku Katalytické jedy Selektivita Nežádoucí reakce 44
SCR selektivní katalytická redukce Umístění katalyzátoru 3 alternativy vysokoprašné nízkoprašné koncové 45
SCR selektivní katalytická redukce Vysokoprašné uspořádání Umístění reaktoru Výhody Nevýhody Životnost katalyzátoru Boiler kotel, Eco ekonomizér, předehřev vody, SCR reaktor s katalyzátorem, Air heater výměník pro předehřev spalovacího vzduchu, Dust precipitator odlučovač prachu, zpravidla EO nebo u menších jednotek průmyslový filtr, Heat exchanger výměník tepla, kde na obou stranách proudí spaliny, FGD reaktor mokré odsiřovací metody, Stack vstup do komína, By pass obtok části spalin 46
SCR selektivní katalytická redukce Nízkoprašné uspořádání Uspořádání Výhody Nevýhody 47
SCR selektivní katalytická redukce Koncové uspořádání Umístění reaktoru Výhody Nevýhody Životnost katalyzátoru Varianta se spalinovým výměníkem 48
SCR selektivní katalytická redukce Koncové uspořádání s dohřevem spalin 49
NSCR neselektivní katalytická redukce Pro zdroje s vysokou koncentrací NO x Redukce oxidů dusíku na kovových katalyzátorech Teplota Redukčníčinidlo Účinnost 50
Sekundární opatření ke snížení tvorby NO x Mokré metody Pro zdroje s menšími objemy odpadních plynů a vyšší koncentrací NO x NO NO 2 nebo využití schopnosti NO vytvářet komplexní soli Malé uplatnění Např. použití vodného roztoku NaOH Často kombinace s odsiřovací technologií (způsob SHL, proces Walther, Chiyoda 102, ) 51
Složité Kombinované SO 2 /NO x procesy WSA-SNOx, DESONOX, Walther, Chiyoda 102, mokrá vápencová metoda následovaná denitrifikací na aktivním hnědouhelném koksu, WSA-SNOx metoda denitrifikace odsiřování 2 alternativy 52
Kombinované SO 2 /NO x procesy WSA-SNOx metoda horké uspořádání U nových instalací 53
Kombinované SO 2 /NO x procesy WSA-SNOx metoda studené uspořádání U rekonstrukcí kotlů se samostatným regenerativním ohřívákem vzduchu 54