NÁVRH TECHNOLOGIE VYSOKOTEPLOTNÍHO ČIŠTĚNÍ ENERGOPLYNU

Podobné dokumenty
Zplyňování biomasy. Sesuvný generátor. Autotermní zplyňování Autotermní a alotermní zplyňování

Přehled technologii pro energetické využití biomasy

SPALOVÁNÍ PLYNU ZE ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY

Zplyňování biomasy a tříděného tuhého odpadu s výrobou elektrické energie pomocí turbosoustrojí

ZPLYŇOVÁNÍ V EXPERIMENTÁLNÍM REAKTORU S PEVNÝM LOŽEM

SESUVNÝ ZPLYŇOVAČ S ŘÍZENÝM PODÁVÁNÍM PALIVA

NEKONVENČNÍ ZPŮSOBY VÝROBY TEPELNÉ A ELEKTRICKÉ ENERGIE. Ing. Stanislav HONUS

Energetické využití odpadu. 200 let První brněnské strojírny

SPALOVÁNÍ ENERGOPLYNU NA VUT BRNO

Technologie zplyňování biomasy

ENERGOPLYN PRODUKT ZPLYŇOVÁNÍ

Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla pomocí vysokoteplotních palivových článků s tuhým elektrolytem

INOVACE PRO EFEKTIVITU A ŢIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Projekt vysokoteplotní karbonátové smyčky, jeho hlavní aktivity a dosažené výsledky

METODICKÝ POKYN MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ODBORU OCHRANY OVZDUŠÍ

Omezování plynných emisí. Ochrana ovzduší ZS 2012/2013

METODICKÝ POKYN MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ODBORU OCHRANY OVZDUŠÍ

Emisní limity pro zvláště velké spalovací zdroje znečišťování pro oxid siřičitý (SO 2 ), oxidy dusíku (NO x ) a tuhé znečišťující látky

Činnost klastru ENVICRACK v oblasti energetického využití odpadu

Možnosti výroby elektřiny z biomasy

Vliv energetických paramatrů biomasy při i procesu spalování

ODLUČOVAČE MOKRÉ HLADINOVÉ MHK

Omezování plynných emisí. Ochrana ovzduší ZS 2010/2011

Výzkum a vývoj experimentálního zkušebního zařízení systém čištění spalin

Škodliviny v ovzduší vznikající spoluspalováním komunálního odpadu v domácnostech

VÝZKUMNÉ ENERGETICKÉ CENTRUM

Aktuality z oblasti využívání pevné biomasy. Ing. Richard Horký, TTS Group

Negativní vliv energetického využití biomasy Ing. Marek Baláš, Ph.D.

PARNÍ KOTEL, JEHO FUNKCE A ZAČLENĚNÍ V PROCESU ENERGETICKÉHO VYUŽITÍ PRŮMYSLOVÝCH A KOMUNÁLNÍCH ODPADŮ

Vysokoteplotní karbonátová smyčka moderní metoda odstraňování CO 2 ze spalin

Česká asociace pro pyrolýzu a zplyňování, o.s. Ing. Michael Pohořelý, Ph.D. Ing. Ivo Picek Ing. Siarhei Skoblia, Ph.D.

Energetické zhodnocení komunálního odpadu, plastů, kalů ČOV, kyselých kalů, gudrónov, gumy a biomasy

Látkové filtry EFP on-line kompaktní

Zplyňování. Ing. Martin Lisý, PhD. Energetický ústav VUT v Brně Fakulta strojního inženýrství

energetického využití odpadů, odstraňování produktů energetického využití odpadů, hodnocení dopadů těchto technologií na prostředí.

ODLUČOVAČE MOKRÉ HLADINOVÉ MHL

MOKRÉ MECHANICKÉ ODLUČOVAČE

Novela nařízení vlády č. 352/2002 Sb. Kurt Dědič, odbor ochrany ovzduší MŽP

Denitrifikace. Ochrana ovzduší ZS 2012/2013

Zkušenosti s provozem vícestupňových generátorů v ČR

Termochemická konverze paliv a využití plynu v KGJ

Expert na zelenou energii

Modernizace odprašování sušárny strusky v OJSC Yugcement, Ukrajina

Kogenerační jednotka se spalovací turbínou o výkonu 2500 kw. Stanislav Veselý, Alexander Tóth

Palivová soustava Steyr 6195 CVT

OBSAH. ČÁST VII.: TECHNOLOGIE A BIOTECHNOLOGIE PRO LIKVIDACI POPs

MOŽNOSTI TERMICKÉHO VYUŽÍVÁNÍ ČISTÍRENSKÝCH KALŮ V KOTLI S CIRKULUJÍCÍ FLUIDNÍ VRSTVOU

Kombinovaná výroba elektrické energie, tepla a biosorbentu z biomasy. Michael Pohořelý & Siarhei Skoblia. Zplyňování

TECHNOLOGIE KE SNIŽOVÁNÍ EMISÍ (SEKUNDÁRNÍ OPATŘENÍ K OMEZOVÁNÍ EMISÍ)

Zpráva o provozu spalovny environmentální profil za rok 2002

Expert na zelenou energii

SPALOVNA ZEVO CHOTÍKOV

FILTRAČNÍ VLOŽKY VS PC POPIS 2. PROVEDENÍ 3.POUŽITÍ PODNIKOVÁ NORMA

Redukční procesy a možnosti využití při termickém zpracování odpadů. Dr. Ing. Stanislav Bartusek VŠB Technická univerzita Ostrava

TECHNOLOGIE KE SNIŽOVÁNÍ EMISÍ (SEKUNDÁRNÍ OPATŘENÍ K OMEZOVÁNÍ EMISÍ)

Nakládání s odpady v Brně

Spolek pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla člen COGEN Europe. Firemní profil

Ing. David Kupka, Ph.D. Řešeno v rámci projektu Nakládání s odpady v Moravskoslezském a Žilinském kraji

ODSTRANĚNÍ CHEMICKÝCH ODPADŮ VE SPALOVNÁCH 1 POSTAVENÍ SITA CZ NA TRHU SPALITELNÝCH ODPADU

Platné znění části zákona s vyznačením změn

EVECO Brno, s.r.o. ZAŘÍZENÍ PRO EKOLOGII A ENERGETIKU

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

TECHNOLOGIE KE SNIŽOVÁNÍ EMISÍ (SEKUNDÁRNÍ OPATŘENÍ K OMEZOVÁNÍ EMISÍ)

Vliv chemické aktivace na sorpční charakteristiky uhlíkatých materiálů

Energie z odpadních vod. Karel Plotěný

ODBORNÉ VZDĚLÁVÁNÍ ÚŘEDNÍKŮ PRO VÝKON STÁTNÍ SPRÁVY OCHRANY OVZDUŠÍ V ČESKÉ REPUBLICE. Spalování paliv - Kotle Ing. Jan Andreovský Ph.D.

Vlhkost 5 20 % Výhřevnost MJ/kg Velikost částic ~ 40 mm Popel ~ 15 % Cl ~ 0,8 % S 0,3 0,5 % Hg ~ 0,2 mg/kg sušiny Cu ~ 100 mg/kg sušiny Cr ~ 50

Nakládání s upotřebenými odpadními oleji

Elektroenergetika 1. Technologické okruhy parních elektráren

Technická opatření na ekonomizéru biomasového zdroje v Teplárně Mydlovary

Linka na úpravu odpadů stabilizace / neutralizace

Název odpadu N Jiné odpady z fyzikálního a chemického zpracování rudných nerostů obsahující nebezpečné látky x

SNIŽOVÁNÍ TVORBY DEHTŮ PŘI ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY DÁVKOVÁNÍM INERTNÍCH MATERIÁLŮ DO FLUIDNÍHO LOŽE

Filtrace a katalytický rozklad nežádoucích složek v odpadních vzdušninách a spalinách pomocí nanovlákenných filtrů

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

POROVNÁNÍ EMISNÍCH LIMITŮ A NAMĚŘENÝCH KONCENTRACÍ S ÚROVNĚMI EMISÍ SPOJENÝMI S BAT PRO VÝROBU CEMENTU A VÁPNA (COR 1)

Problematika koncentrací Hg ve spalinách vzniklých po spalování pevných fosilních paliv

PEVNÁ PALIVA. Základní dělení: Složení paliva: Fosilní-jedná se o nerostnou surovinu u našich výrobků se týká jen hnědouhelné brikety

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

SPOLUSPALOVÁNÍ TUHÉHO ALTERNATIVNÍHO PALIVA VE STANDARDNÍCH ENERGETICKÝCH JEDNOTKÁCH

Rekonstrukce odprašování chladiče slinku realizovaná společností ZVVZ-Enven Engineering, a.s.

Finanční podpora státu u opatření na snižování emisí v segmentu velké energetiky na území Moravskoslezského kraje

Nepřímá termická desorpce s katalytickým spalováním - od vsázkového ke kontinuálnímu systému

Problematika koncentrací Hg ve spalinách vzniklých po spalování pevných fosilních paliv

ENERGETIKA TŘINEC, a.s. Horní Lomná

Ing. David Kupka, Ph.D. Řešeno v rámci projektu Vliv spalování komunálního odpadu v malých zdrojích tepla na životní prostředí v obcích

Jak to bude s plynovými spotřebiči?

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA SPALOVEN S VYŠŠÍMI PARAMETRY PÁRY

RNDr. Barbora Cimbálníková MŽP odbor ochrany ovzduší telefon:

EMISNÍ VÝSTUPY NO X Z PECÍ MAERZ

VÝROBA ENERGIE Z BIOMASY A ODPADU PERSPEKTIVY ZPLYŇOVÁNI A PRODUKCE ČISTÉHO PLYNU

Prioritní osa 2 OPŽP Zlepšení kvality ovzduší v lidských sídlech

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala

Příloha č. 8 Energetický posudek

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

MOŽNOSTI FLUIDNÍHO ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY PRO KOGENERACI

Dopad zpřísněných emisních limitů a stropů na technologie čištění spalin zvláště velkých spalovacích zdrojů

CCS technologie typu pre-combustion v podmínkách České Republiky

Zákon 86/2002 Sb. o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů

POROVNÁNÍ KVALITY PLYNŦ PRODUKOVANÝCH SOUPROUDÝMI GENERÁTORY V ČESKÉ REPUBLICE

Transkript:

NÁVRH TECHNOLOGIE VYSOKOTEPLOTNÍHO ČIŠTĚNÍ ENERGOPLYNU Jan Najser Široké uplatnění zplyňovacích procesů se nabízí v oblasti výroby elektrické energie v kogeneračních jednotkách. Hlavní překážkou bránící rozšíření zplyňovacích technologií je splnění požadavků na kvalitu a čistotu produkovaného energoplynu. Tento příspěvek je zaměřen na možnost odprášení horkého plynu a ukazuje návrh ověřovací technologie pro množství plynu 250 m n3 /hod, což odpovídá tepelnému výkonu reaktoru cca 400 kwt. Klíčová slova: Vysokoteplotní čištění plynu, zplyňování biomasy ÚVOD Zplyňování biomasy umožňuje produkci energoplynu, kterým lze v řadě technologií nahradit např. dosud používaný zemní plyn. Asi největší potenciál pro využití energoplynu ze zplyňování je v různých technologických procesech (např. cementárnách a vápenkách), ale v poslední době je zájem zejména v oblasti kogenerační výroby elektrické energie a tepla. Hlavní překážkou dosud bránící rozšíření zplyňovacích technologií pro použití v plynových motorech kogeneračních jednotek je splnění požadavků na kvalitu a čistotu produkovaného energoplynu. Jedním ze sledovaných parametrů je obsah pevných částic v plynu. Možnosti jejich odstranění a odzkoušení na pilotní jednotce řeší Výzkumné energetické centrum, VŠB-TU Ostrava ve spolupráci s firmou TEMEX spol. s r.o. Ostrava v rámci Programu podpory inovačních aktivit malého a středního podnikání, vědy a výzkumu vyhlášeného statutárním městem Ostrava. Návrh jednotky vysokoteplotní filtrace je uveden v následujících kapitolách. ČIŠTĚNÍ ENERGOPLYNU VYROBENÉHO ZPLYŇOVÁNÍM BIOMASY Plyn vyráběný zplyňováním biomasy má nízkou výhřevnost, obsahuje kondenzující organické sloučeniny, tuhé částice a další příměsi. Výhřevnost vyráběného plynu a stupeň znečistění závisejí na výrobní technologii, typu použitého reaktoru a typu a konzistence vsázky. Kromě typu zplyňovacího generátoru a vsázky, hrají klíčovou roli podmínky zplyňovacího procesu (teplota, tlak) a volba druhu činidla zplynění. Systém čištění plynu je určován stupněm znečistění plynu a způsobem jeho užití, jenž vyžaduje určitou kvalitu plynu. Vzhledem k nečistotám ve vyráběném plynu je nutné před jeho aplikací provést jedno nebo více fázové vyčištění, aby se předešlo poškození zařízení využívajícího plyn (např. spalovacího motoru nebo plynové turbíny) vymíláním, korozí nebo usazeninami, nebo aby se splnily požadavky na ochranu životního prostředí. Přehled hlavních znečisťujících látek a stopových prvků ve vyráběném plynu při zplyňování biomasy a tříděného komunálního odpadu a technické a environmentální problémy s nimi spojené, jakož i způsoby, jež je možné použít k odstranění nežádoucích látek udává Tab.1. Systém čištění plynu k dosažení určité požadované kvality závisí na záměru využití plynu, a to zejména, jedná-li se o výrobu tepla nebo elektrické energie. Plynné palivo vyráběné zplyňováním biomasy se může spalovat přímo, například k výrobě technologického tepla při jeho zavádění zpět do ohniště kotle, nebo může být přiváděno do spalovacího motoru, plynové turbíny či palivového článku k výrobě elektrické energie. Ve velkých zařízeních je také možné užít vyrobeného plynu k syntéze vysoce hodnotných paliv a sloučenin, jako třeba metanolu, vodíku nebo čpavku. Ing. Jan Najser, Výzkumné Energetické Centrum, VŠB TU Ostrava, 17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava - Poruba, jan.najser@vsb.cz /73/

Tab. 1 Nečistoty ve vyráběném plynu, problémy a způsoby čištění Typ nečistoty Příklady Problémy Způsob čištění pevné částice (např. prach) popel, nespálený uhlík, cyklón, tkaninový filtr, vymílání inertní materiál vrstvy, otěr keramický filtr, mokré čištění alkálie sloučeniny uhličitanu soustřeďovače, keramické filtry, vymílání, koroze sodného a draselného adsorpce kondenzující organické organické sloučeniny mokré čištění, tepelný usazování sloučeniny o vysoké molekulární váze a katalytický rozklad dusík vázaný v palivu čpavek, kyanid NO x emise n.a. síra H 2 S koroze, znečištění vzduchu vápenné čištění, adsorpce chlór HCl koroze, znečištění vzduchu adsorpce Čištění plynu je podstatnou operací u systémů výroby elektrické energie při integrovaném zplyňování biomasy. Ačkoliv v posledních letech došlo k rozsáhlým výzkumům a bylo dosaženo značného pokroku, je čištění plynu stále nejcitlivějším faktorem uplatnění zplyňování biomasy při výrobě elektřiny. Proces čištění obyčejně sestává z odloučení pevných částic a kondenzujících organických sloučenin ze surového plynu. V závislosti na užití plynu se může objevit požadavek dodatečného odstranění méně významného znečištění, jako například znečistění alkalickými kovy. MOŽNOSTI ODSTRAŇOVÁNÍ PEVNÝCH ČÁSTIC SUCHÉ METODY Plyn vyrobený zplyněním biomasy obsahuje různé pevné částice pocházející ze vsázky (popel, nespálený uhlík). Vysoký obsah pevných částic v plynu může způsobit vymílání výrobního zařízení (např. lopatek turbíny) a může vést k překročení dovolené míry emisí ve spalinách. Prachové částice se musí důkladně z plynu odstranit před jeho použitím v kogenerační jednotce a zejména v plynové turbíně. K odstranění prachu se nabízí několik způsobů, jako například: - vírové odlučovače (cyklóny), - pískové filtry, - tkaninové filtry, - elektrostatické odlučovače, - půdní (granulové) filtry, - keramické svíčkové filtry. NÁVRH TECHNOLOGIE Vzhledem k požadavkům dodavatelů kogeneračních jednotek na kvalitu plynu vyrobeného zplyňováním biomasy (obsah prachu max. 50 mg/m 3 [1]) je navržena technologie vysokoteplotní filtrace plynu pomocí speciální filtrační tkaniny s regenerací zpětným profukem. Pro možnost najíždění zplyňovacího reaktoru bude filtr opatřen by-passem. Teplota plynu za souproudým sesuvným zplyňovacím generátorem je do 400 C, proto je konstrukční teplota filtru 400 C, avšak filtrační tkanina může být používána při teplotách až 850 C, krátkodobě až do 1000 C, což dává reálný předpoklad pro možnost použití tohoto filtru také u fluidních zplyňovacích jednotek s zařazením přímo za reaktor, resp. za cyklon. Vzhledem ke specifickým vlastnostem plynu vyrobeného zplyňováním biomasy je navrženo vytápění filtru na teplotu +180 ºC s regulací vytápění pomocí termostatu, což zajistí jeho předehřátí před uvedením do provozu. /74/

Celý filtr a potrubní rozvody by-passu jsou zaizolovány s krytím pozinkovaným nebo hliníkovým plechem. V zařízení je podtlak 5 kpa (podtlakový systém zplyňování daný sáním motoru), proto konstrukce filtru musí zabezpečovat maximální těsnost, aby nedocházelo k přisávání vzduchu z okolí a nevytvořila se uvnitř filtru výbušná směs. Spodní část filtru je opatřená výsypkou, která je zakončená přírubou s možností připojení nádoby na zachycený prach. PODMÍNKY PRO NÁVRH FILTRU průtok nasávaný 250 m n3 /h průtok provozní 615 m 3 /h teplota plynu 350 C plyn Hořlavá směs CO 2,H 2,N 2,CO,CH 4 CO 2-15% H 2-14 %, N 2-50 % CO - 18 % CH 4-3 % O 2-0,0 % Dehtové páry vstupní koncentrace prachu 0,5 g/m 3 n konstrukční tlak -5 kpa konstrukční teplota 400 C Regenerace on-line maximální úlet ze zařízení 10 mg/ m 3 n NÁVRH TYPU FILTRAČNÍ TKANINY Z důvodu požadavků na filtraci plynu při poměrně vysokých teplotách je navržena filtrační tkanina Pyrotex KE 85 (viz. Obr.1), výrobce BWF Group, Německo (www.bwf-group.de). S touto filtrační tkaninou jsou výborné zkušenosti při filtraci spalin a vzdušin z různých technologických procesů při teplotách 300 až 650 C, krátkodobě až 1000 C, což dává reálný předpoklad pro správnou funkci při filtraci energoplynu. Obr. 1 Filtrační elementy Pyrotex KE 85 /75/

POČET FILTRAČNÍCH ELEMENTŮ Přehled jednotlivých typů filtračních elementů Pyrotex KE 85 a jejich parametry udává Tab. 2. Na základě těchto údajů, s přihlédnutím ke zkušenostem s prachem vzniklým při zplyňování (a spalování) biomasy a po konzultaci s výrobcem těchto filtračních hadic je navržen pro ověřovací filtr pro technologii zplyňování biomasy typ KE 85 150x1820. Tento typ filtračních hadic zabezpečí lepší prodyšnost na rozdíl od hadic s tloušťkou stěny 9 mm. Počet filtračních hadic je 12 kusů. Tab. 2 Filtrační elementy Pyrotex KE 85 [2] REGENERACE FILTRU Energoplyn smíchaný se vzduchem tvoří v určitém rozmezí výbušnou směs, z tohoto důvodu je potřeba pro regeneraci používat inertní plyn. Ze zkušeností je nejvýhodnější použití dusíku naprosto bezproblémové dodávky a výhodná cena. Regenerace filtru je navržena vzhledem k tomu, že se jedná o technologii doposud nevyzkoušenou jak časově, tak dle tlakové ztráty filtru. Součástí filtru je vzdušník na dusík. Množství dusíku Tlak dusíku max/min 5,0 m n3 /hod 0,75/0,5 MPa Pro zkušební provoz jsou použity svazky lahví dusíku doplněné redukční stanicí na potřebný tlak. Dodavatelem je firma SIAD Czech, spol. s r.o. Pro trvalý provoz svazky lahví nebudou vyhovovat a proto bude potřeba instalovat zařízení na výrobu dusíku (ON-SITE zařízení). Firma Mea Tech spol. s r.o. dodává generátor dusíku PARKER výrobní soubor Balston typ NG-Compact, jedná se o zařízení s kapacitou od 0,06 do 12,5 m n3 /hod a čistotou dusíku 95 až 99,5 %, tato čistota je vyhovující. UMÍSTĚNÍ FILTRU Plyn vystupující z reaktoru má teplotu cca 350 C a vzhledem k tomu, že při zkušebním provozu bylo provedeno měření obsahu prachu, kdy byl přímo za reaktorem naměřen poměrně nízký obsah prachu 0,5 g/m 3 bude výhodné umístit vysokoteplotní filtr přímo za reaktor, aby nedocházelo k ochlazení plynu. Pokud se v průběhu zkušebního provozu vyskytne potřeba zvýšit teplotu plynu na vstupu do filtru, může být horní část reaktoru zaizolována. Schéma celé technologie včetně vysokoteplotního filtru je na Obr. 2. /76/

Dusík pro regeneraci Vysokoteplotní filtr Biomasa Reaktor Chladič Odstranění dehtu a kondenzátu Popel Spaliny El. energie Vyčištěný plyn Teplá voda Obr. 2 Zjednodušené schéma technologie začlenění filtru ZÁVĚR Návrh technologie vysokoteplotní filtrace předpokládá použití filtračních elementů z tkaniny Pyrotex KE 85, výrobce BWF Group, Německo. Bylo navrženo použít 12 kusů filtračních hadic typ KE 85 150x1820, ale je předpoklad, že po ověření ve zkušebním provozu bude možné pro další (průmyslové) aplikace velikost filtrační plochy snížit. V současné době probíhá montáž filtru, zkušební provoz, jehož součástí bude autorizované měření emisí tuhých částic za filtrem bude zahájen v lednu 2006. Hlavním přínosem čištění plynu pomocí vysokoteplotní filtrace je možnost odstranění pevných částic z plynu, aniž by bylo nutné tento plyn ochladit, zároveň díky poměrně vysokým teplotám (zejména u fluidních generátorů) bude teplota plynu nad teplotou kondenzace dehtovitých látek, čímž je zabráněno zalepování filtračních elementů. Takto odprášený plyn pak může být zbaven dehtů pomocí katalyzátorů, aniž by docházelo k zanášení katalyzátoru pevnými částicemi [3]. Vývoj technologie vysokoteplotního čištění plynu má eliminovat problémy spojené s kvalitou plynu vyrobeného zplyňováním biomasy a problémy s odpadními vodami v případě čištění plynu mokrou cestou. Tento pokročilý systém umožní lepší využití tepla, čímž přispěje ke zvýšení celkové účinnosti při kogenerované výrobě el. energie a tepla. POUŽITÁ LITERATURA [1] Dodavatelé kogeneračních jednotek požadavky na kvalitu plynu e-mailová odpověď [2] Materiály firmy BWF Group [3] Skoblja, S.: Úprava složení plynu ze zplyňování biomasy, doktorská disertační práce, VŠCHT Praha, 2004 /77/

/78/