KTU ŠILUMOS IR ATOMO ENERGETIKOS KATEDRA Išmetimai kurą deginančių įrenginių, bei geriausi prieinami gamybos būdai (GPGB) Dr., doc. Kęstutis Buinevičius 8- 698-30201

ES reikalavimai taršai → ES direktyvoje 2001/80/EC 2001m. spalio 23d. ES direktyvos įgyvendinimą Lietuvoje reglamentuoja → LAND 43-2001 - kurą deginantiems stacionariems įrenginiams → IŠMETAMŲ TERŠALŲ IŠ DIDELIŲ KURĄ DEGINANČIŲ ĮRENGINIŲ NORMOS - tik kurą deginantiems energijai gaminti įrenginiams, Esamas kurą deginantis įrenginys - leidimas statyti iki 1998.07.01 Naujas kurą deginantis įrenginys – leidimas statyti po 1998.07.01

GERIAUSI PRIEINAMI GAMYBOS BŪDAI GPGB GPGB - ne paskutiniai mokslo pasiekimai, o patikrinti praktikoje su rekomendaciniu taikymo pobūdžiu naudojamos Europos ir pasaulio pramonės įmonėse švaresnės gamybos technologijos ir gamybos principai, kurie mažiausiai teršia aplinką, yra ekonomiškai ir techniškai įgyvendinami GPGB toks būdas, kuris mažiausiai teršia aplinką, ekonomiškai ir techniškai įgyvendinamas. GPGB ir investicijos: * Santykinai mažos: vadybos principai, chemikalų, medžiagų pakeitimai, technologijų koregavimas * Didelės: nauja įranga, įrangos modernizacija

Deginant dujas / Deginant mazutą Išmetimai į orą Deginant dujas / Deginant mazutą NOx, SO2, KD Priemonės Kaštai Triukšmo šaltinių analizė Šiluminis efektyvumas Monitoringo sistemos Atliekų susidarymo analizė Avarijų prevencija Teršalai iš medžiagų saugojimo vietų

dokumentų anotacijų rengimas TIPK leidimų taikant GPGB Numatomi TIPK įgyvendinimo etapai, GPGB informacinių dokumentų anotacijų rengimas 1-ojo priedo įrenginių sąrašo tikslinimas TIPK leidimų taikant GPGB išdavimas 01-2003 04-2003 05-2003 06-2004 12-2006 10-2007 01-2004 02-2004 06-2004 12-2005 10-2007 05-2003 Organizuoti specialių techninių darbo grupių, kurios dalyvaus GPGB informacinių dokumentų anotacijų, atitinkamiems pramonės sektoriams, rengime, sudarymą Parengti pasirinktoms pramonės įmonėms TIPK paraiškų ir leidimų projektus Parengti GPGB informacinių dokumentų anotacijas cemento ir kalkių, stiklo, popieriaus ir celiuliozės, tekstilės pramonės šakoms TIPK leidimai – visiems TIPK taisyklių 1 priedo įrenginiams D.Mažūnaitė, AAA

BENDRI TERŠALŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO PRINCIPAI Taršą mažinančios priemonės gali būti suskirstytos į - pirmines ir antrines. Pirminės priemonės tai priemonės, kuriomis mažinamas teršalų susidarymas degimo metu Su degimu susijusios priemonės: galingumo mažinimas; degiklių modifikacijos; degimo kūrykloje modifikacijos; oro ir kuro modifikacijos (deginimo būdo keitimas, dūmų recirkuliacija, skirtingas kuro oro maišymas, kuro rūšių maišymas, kuro paruošimas). priedai, naudojami degimo proceso pagerinimui kuro naudojimo pricipo keitimas - gazifikacija, pirolizė Antrinės priemonės - „vamzdžio galo“ priemonės, teršalų gaudymas, dūmų valymas

TERŠALŲ SUSIDARYMAS LIEPSNOJE

ANGLIES MONOKSIDAS CO ir nesudegę angliavandeniliai į aplinką išmetami dėl nepilno sudegimo, kurio priežastimis gali būti: per žema degimo temperatūra dėl liepsnos atšaldymo; per trumpas išbuvimo laikas degimo zonoje; oro trūkumas arba didelis perteklius blogas kuro ir degimo oro sumaišymas, dėl ko atsiranda deguonies trūkumo zonos . Efektyvus šių problemų sprendimas dažniausiai užtikrina mažesnius CO ir nesudegusių angliavandenilių išmetimų kiekius. CO susidarymo priklausomybė tokia pat kaip suodžių ir kitų nepilno degimo produktų Būdinga problema - CO susidarymo priklausomybė lygiai priešinga negu Nox - kuo daugiau CO, tuo mažiau NOx

ANGLIES MONOKSIDAS

DULKĖS IR KIETOSIOS DALELĖS Kietosios dalelės susidaro: iš kuro nedegios dalies ir suodžių Nuo degimo metodo labai priklauso pelenų dalis, kuri bus išnešama kartu su dūmais. Pvz., katiluose su judančiu ardynu mažiau lakiųjų pelenų (20 – 40 % bendro pelenų kiekio), fakelinio degimo katiluose žymiai daugiau (80 – 90 %). Deginant skystą kurą, susidaro iš kure esančių nedegių priemaišų, nesudegusios kuro anglies, suodžių, liepsnoje pasigaminusių kietų sieros junginių, degimo oro dulkių. Mazuto degimo dujose apie pusė pagal svorį dalelių gali būti mažesnių už 1 μm, Deginant gamtines dujas, kietųjų dalelių praktiškai nesusidaro. Jų atsiradimo priežastimi gali būti suodžiai ir degimo oro dulkės. Kietųjų dalelių išmetimų valymo technologijos yra labai efektyvios, galima pasiekti didesnį nei 99,8 % efektyvumą. Mažoms dalelėms sugaudymo efektyvumas nukrenta iki 95 – 98 %.

SUNKIEJI METALAI Sunkieji metalai yra natūrali kuro dalis. Daugelis sunkiųjų metalų (As. Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Zn, V) išmetami kartu su kietosiomis dalelėmis oksidų, chloridų ar pan. junginių formoje. Tik Hg ir Se yra išmetami dalinai garų fazėje. Anglyje esantis sunkiųjų metalų kiekis paprastai yra kelis kartus didesnis nei mazute (išskyrus didesnius Ni ir V kiekius kartais aptinkamus sunkiajame mazute) ar gamtinėse dujose. Sunkiųjų metalų junginių išgaravimo lygis priklauso nuo kuro (pvz., koncentracija anglyje, neorganinių junginių dalis) ir naudojamos technologijos savybių (pvz., katilo tipas, veikimo režimas).

PATVARIEJI ORGANINIAI TERŠALAI (POT) Į aplinką išmetami policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (angl. PAH), polychlorodibenzodioksinai (PCDD) ir polychlorodibenzofuranai (PCDF). PCDD ir PCDF molekulės nėra labai lakios, todėl jas adsorbavus ant kietųjų dalelių susidaro labai termiškai ir chemiškai patvarūs junginiai. Šios medžiagos skyla tik maždaug 1000 C ir aukštesnėje temperatūroje. Šios medžiagos gali būti randamos ir kietose degimo atliekose (pelenai, šlakas ir kt.).

REIKALAVIMAI KIETŲJŲ DALELIŲ KONCENTRACIJAI 5-20 50 200 > 500 MW 300 – 500 MW 5 – 25 300 100 – 300 MW 5 – 30 100 400 50 – 100 MW Kietas kuras 5 – 20 > 300 MW 501) Skystas kuras 5 20 Dujinis kuras Modernizuoti esami katilai Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01) 2001/80/EC Lietuvos normos GPGB išmetimų lygiai, 2007 m. spalio 31 d. Po 2008 m. sausio 1 d. Iki 2008m. sausio 1 d. Kuras ir šiluminė galia, MW 5 – 25 50

KIETŲJŲ DALELIŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI

SIEROS OKSIDAI Deginant kurą, jame esanti siera oksiduojasi. 99 – 97 % sieros oksidų išsiskiria SO2 pavidale, SO3 sudaro 1 – 3 %. Kure esantys V, Ni metalai turi katalitinių savybių, spartinančių SO3 susidarymą, todėl didėjant šių metalų kiekiui kure, didėja SO3 kiekis. Sieros SO3 yra adsorbuojamas ant kietųjų dalelių ir didina jų rūgštingumą (sudaro rūgščius suodžius), sieros dioksidas ore ir dirvožemyje reaguoja su vandeniu, sudarydamas sieros rūgštį. Dažniausiai laikoma, kad gamtinėse dujose sieros nėra. Tačiau kai kurioms pramoninėms dujoms ši prielaida netaikoma, todėl tokį kurą gali reikėti nusierinti. Lietuvoje gaminamo mazuto sieringumas iki 2,5%. Deginant be valymo įrenginių, SO2 koncentracija išmetamosiose dujose siektų 4300 mg/Nm3, prie 3 % O2. Reikalavimas – naudoti ne didesnio kaip 1% sieringumo, arba SO2 iki 1700 mg/Nm3.

REIKALAVIMAI SIEROS DIOKSIDO KONCENTRACIJAI 400 >500 MW 50 - 200 1700-400 300 – 500MW 100 - 250 100 – 300 MW 100 - 350 1700 1700 (3400 - nedujofikuotiems įrenginiams) 50 – 100 MW Skystas kuras 10 35 nenormuojama Dujinis kuras Modernizuoti esami katilai Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01) 2001/80/EC Lietuvos normos GPGB išmetimų lygiai, 2007 m. spalio 31 d. Po 2008 m. sausio 1 d. Iki 2008m. sausio 1 d. Kuras ir šiluminė galia, MW

SIEROS OKSIDŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI

ŠLAPIO CACO3-GIPSO IŠMETAMŲJŲ DUJŲ VALYMO TECHNOLOGINĖ SCHEMA Katilas Elektrofiltras Dūmsiurblis ROŠ Kaminas Absorberis Siurblys Oras Vanduo Klintis Suspensija Hidrociklonas Nuotekos Gipsas Vakuumfiltras Dūmai Klinties suspensija Gipso suspensija Kieta medžiaga Ventiliatorius

NID IŠMETAMŲJŲ DUJŲ VALYMO TECHNOLOGINĖ SCHEMA Katilas Nr.8B Elektrostatinis filtras Nusierinimo įrenginiai Išvalyti dūmai CaO Dūmai H2O CaSO4, CaSO3, Ca(OH)2, CaCO3 mišinys Kuras Oras ROŠ Kaminas Pelenai

REIKALAVIMAI NOx KONCENTRACIJAI 500 3) >500 MW 50 - 200 300 – 500MW 90 - 200 100 – 300 MW 90 - 450 600 650 50 – 100 MW Kietas kuras 2) 400 50 - 150 150 - 450 450 450 1) Skystas kuras 200 20-100 (priklauso nuo įrenginio) 300 350 50 – 500 MW Dujinis kuras Modernizuoti esami katilai Esami katilai (leidimas statyti išduotas iki 1998.07.01) 2001/80/EC Lietuvos normos GPGB išmetimų lygiai, 2007 m. spalio 31 d. Po 2008 m. sausio 1 d. Iki 2008m. sausio 1 d.

AZOTO OKSIDAI Azoto oksidai: azoto monooksidas (NO), azoto dioksidas (NO2) ir azoto suboksidas (N2O). Pirmieji du bendrai vadinami NOx. Virš 90 % azoto oksidų išsiskiria monoksido formoje NO, likusi dalis randama NO2 ir N2O pavidalu. Atmosferoje visų formų azoto oksidai transformuojasi į NO2, todėl poveikio aplinkai (rūgštėjimas ir smogų susidarymas) įvertinimui naudojamas jų bendras kiekis NOx. NOx susidaro trijų pagrindinių procesų metu, kurie priklauso nuo azoto būsenos ir aplinkos, kurioje vyksta reakcija: Terminiai NO susidaro reaguojant deguoniui su ore esančiu azotu; jų susidarymas labai priklauso nuo temperatūros. Jeigu degimas vyksta žemesnėje nei 1000 °C temperatūroje, terminių NO beveik nesusidaro Kuro NO susidaro iš kure esančio azoto; susidarymas priklauso nuo kure esančio azoto ir deguonies kkoncentracijos reakcijos aplinkoje. Greitieji NO susidaro liepsnoje iš molekulinio azoto, esant tarpiniams angliavandeniliams. NOx dalis, kurią sudaro greitieji NO yra mažiausia, palyginus su kitais jų susidarymo keliais. Įrenginiuose, kuriuose naudojamas dujinis arba skystas lengvas kuras, NOx pagrinde sudaro terminis NO. Daugiausiai kuro NO susidaro deginant anglį. Azoto oksidų išmetimus taip pat sąlygoja degimo procesas.

NOx susidarymo mechanizmai Terminiai NOx ~ NOx ~ NK·O2 NOx ~ O, RH, T RC RN Kuro Greitieji

PIRMINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS Oro laipsniavimas kūrykloje Kuro laipsniavimas Kūrykloje Išjungiant dalį degiklių Iškreipiant oro perteklių degikliuose

PIRMINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS Mažas oro perteklius - lengvai įgyvendinama. Riba – CO susidarymas. Oro laipsniavimas. Sudaromos kelios degimo zonos. Į pirmą zoną tiekiama dalis oro ir sudaromas deguonies trūkumas, o į antrą zoną tiekiama antra dalis oro ir užbaigiamas kuro sudeginimas. Oro laipsniavimui naudojama: Dalies degiklių atjungimas. Apatiniai degikliai dirba riebiu mišiniu, o viršutiniai degikliai tik su oru, be kuro. Oro pertekliaus iškreipimas. Apatiniai degikliai dirba riebiu mišiniu, o viršutiniai degikliai su oro pertekliumi. Pagrindiniai oro laipsniavimo trūkumai: gali padidėti CO ir suodžių kiekis . Dūmų recirkuliacija. Recirkuliuojant dūmus į kūryklą, degimo zonoje sumažėja deguonies kiekis ir atšaldomas fakelas. Dėl technologinių priežasčių recirkuliacija ribojama iki 30 % nuo dūmų kiekio. Oro pašildymo sumažinimas. Pagrindinis šios technologijos trūkumas, kad išauga kuro suvartojimas. Kuro laipsniavimas. Panašiai kaip laipsniuojant orą, tik laipsniškai tiekiamas kuras. Mažų NOx degikliai. Mažų NOx degikliuose gali būti naudojami keli aukščiau paminėti NOx sumažinimo būdai. Tai – geriausias sprendimas.

PIRMINIŲ NOX MAŽINIMO PRIEMONIŲ CHARAKTERISTIKOS Liepsnos nestabilumas, nepilnas išdeginimas 50 – 60 % Su kuro laipsniavimu Liepsnos nestabilumas Iki 20 % Su išmetamųjų dujų recirkuliacija Liepsnos nestabilumas, nepilnas išdeginimas Visas kuras 25 – 35 % Su oro laipsniavimu Mažų NOx degikliai Kuro laipsniavimas 20 – 30 % Oro pašildymo sumažinimas 20 – 50 % Išmetamųjų dujų recirkuliacija Viršliepsninis oras Oro pertekliaus iškreipimas degikliuose Nepilnas išdegimas maksimalus sumažėjimas deginant mazutą 45 %, dujas 65 %. Dalies degiklių atjungimas Oro laipsniavimas Nepilnas išdeginimas 10 – 44 % Mažas oro perteklius Taikymo apribojimas Kuro rūšis NOx sumažėjimo reikšmė Metodas

Mažos NOx generacijos degikliai ĮPRASTINIS Low NOx

ANTRINĖS AZOTO OKSIDŲ MAŽINIMO PRIEMONĖS Naudojamos jau susiformavusių NOx pašalinimui iš išmetamųjų dujų, nepriklausomai nuo panaudotų pirminio NOx sumažinimo technologijų. Antriniam NOx kiekio sumažinimui į išmetamųjų dujų įpurškiama amoniako, karbamido ar kito komponento, kuris gali reaguoti su azoto oksidais ir redukuoti juos iki molekulinio azoto. Dažniausiai yra naudojama: Selektyvus nekatalitinis valymas (SNKV) (angl. SNCR). SKV procese nenaudojamas katalizatorius. Reakcijos vyksta, esant 850 – 1100 °C temperatūrai. Šios temperatūrinės ribos labai priklauso nuo naudojamo reagento (amoniako, karbamidų). 4 NO + 4 NH3 + O2 ↔ 4 N2 + 6 H2O; 6 NO2 + 8 NH3 ↔ 7 N2 + 12 H2O; arba su karbamidais: 4 NO + 2 (NH2)2CO + 2 H2O + O2 ↔ 4 N2 + 6 H2O + 2 CO2; 6 NO2 + 4 (NH2)2CO + 4 H2O ↔ 7 N2 +12 H2O +4 CO2. Selektyvus katalitinis valymas (SKV) (angl. SCR) yra katalitinis procesas pagrįstas selektyvine azoto oksidų dezoksidacija su amoniaku ar karbamidais dalyvaujant katalizatoriui. NOx virsmai vyksta ant katalizatoriaus paviršiaus esant 300 – 450 °C temperatūrai, vykstant reakcijoms su amoniaku:

ANTRINIŲ NOX MAŽINIMO METODŲ CHARAKTERISTIKOS 1,5 – 2,5 NH3/NOx santykis Amoniakas, karbamidai Reagentas 850 – 1050 oC Darbinė temperatūra 30 – 50 % SKNV 4 – 10 (102 Pa) Slėgio kritimas katalizatoriuje 1,0 – 1,5 % SO2/SO3 transformacijos santykis prie katalizatoriaus 0,8 – 1,0 350 – 450 oC 80 – 95 % SKV Reikšmė Parametrai Kiti eksploataciniai parametrai NOx šalinimo efektas Metodas

KOMBINUOTAS SIEROS IR AZOTO OKSIDŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMAS Kombinuoti SO2/NOx išmetimų mažinimo būdai kuriami, norint pakeisti tradicinius nusierinimo ir SKV procesus, t.y. išvengti pagrindinių problemų – SKV reaktoriuje vykstančios SO2 oksidacijos. Dėl susidariusio SO3 padaugėja nuosėdų ir suaktyvėja korozija oro pašildytuve ir dujos-dujos šilumokaityje. Kiekvienas kombinuotas SO2/NOx išmetimų mažinimo būdas pasižymi tam tikromis specifinėmis reakcijomis, kurių metu pašalinami SO2 ir NOx. Juos galima suskirstyti į kategorijas: Adsorbcija / regeneravimas ant kietųjų paviršių (desorbcija); Dujų / kietųjų paviršių katalitiniai procesai; Švitinimas elektronu srautu; Šarmų įpurškimas; Šlapias skruberis su priedais NOx šalinimui; Vieni iš šių procesų yra laisvai prieinami rinkoje ir jau įdiegti keliose jėgainėse, o kiti – vis dar kuriami.

DEGIMO LIEKANOS IR SUB-PRODUKTAI Dūmų nusierinimo atliekos ir sub-produktai (gipsas). Šių atliekų DKDĮ susidaro daugiausiai: dalis jų šalinama sąvartyne, o dalis – gali būti panaudota kaip žaliava / priedai (pvz., cemento, betono, gipso plokščių ir kt.). Kitos atliekos, susijusios su jėgainės ir įrangos veikla (pvz., anglių smulkinimas, nuotekų valymas ir kt.): katilo valymo atliekos; tiekiamo garo kondensato valymo dumblas; atidirbusi jonų mainų įkrova; atidirbę SKV katalizatoriai; nuotekų valymo dumblas; kitos atliekos (atidirbusi alyva, naftos produktais užteršta įranga, PCB turinti įranga, kuro paruošimo atliekos (anglies plovimas), laboratorinės atliekos). Visos šios atliekos ir sub-produktai, tiesiogiai ar netiesiogiai susiję su kuro deginimu, daro poveikį aplinkai.

Ačiū už dėmesį