Ograniczanie emisji NOx
Tlenki azotu (NO oraz NO2 rozpatrywane wspólnie jako NOx) obok SO2 i CO zaliczane są do najgroźniejszych zanieczyszczeń gazowych emitowanych z procesów spalania. Znane są liczne sposoby ograniczenia emisji NOx.
Można je podzielić na dwie podstawowe grupy:
• metody pierwotne,
• metody wtórne.
Metody wtórne, do których głównie zalicza selektywną redukcję katalityczną (ang.
Selective Catalytic Reduction, SCR) oraz selektywną redukcję niekatalityczną (ang.
Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR), pomimo bardzo wysokiej skuteczności, są kosztowne, ponieważ prowadzone są poza główną strefą spalania i wymagają budowy dodatkowej instalacji oczyszczania. Ostatnio dość intensywnie obserwuje się rozwój metod fotokatalitycznych, przeprowadzanych w obecności katalizatorów, głównie na osnowie dwutlenku tytanu (anatazu).
Metody te nie zostały jak dotąd powszechnie zastosowane w przemysłowych instalacjach kotłowych. Niemniej można znaleźć przykłady zastosowania aktywnych materiałów budowlanych (tynki, farby, zawierające głównie TiO2 w formie anatazu), które znacząco wpływają na polepszenie jakości powietrza atmosferycznego (w tym eliminację NOx). Wykorzystanie tych aktywnych substancji jest możliwe, ponieważ pewna część promieniowania słonecznego, docierającego do powierzchni Ziemi, obejmuje zakres fal ultrafioletowych.
Metody pierwotne polegają na odpowiedniej organizacji procesu spalania bez konieczności radykalnej ingerencji w infrastrukturę kotła. Tlenki azotu eliminowane są w miejscu ich tworzenia się, czyli w strefie spalania. Do grupy tych metod zalicza się:
• stopniowanie paliwa (reburning),
• stopniowanie powietrza,
• recyrkulację spalin: zewnętrzną i wewnętrzną,
• dokładną kontrolę liczby nadmiaru powietrza do spalania λ,
• palniki niskoemisyjne,
• stosowanie niepalnych addytywów wprowadzanych wraz z paliwem (NH3, metale: żelazo, sód, wapń).
Metody te zostały przetestowane na obiektach o skali laboratoryjnej, pilotowej jak i przemysłowej. Prowadzone obecnie badania obejmują głównie zwiększenie skuteczności metod tej grupy, a także wyeliminowanie problemów charakterystycznych dla danej metody. Przykładowo, zaobserwowano, iż zastosowanie stopniowania powietrza może prowadzić do tzw. korozji niskotlenowej, co wymusza częstsze naprawy elementów kotła (np. rury ekranowe) narażonych na oddziaływanie spalin o wysokiej temperaturze.
Biorąc pod uwagę przedstawione kryteria proponuje się
proste i jednocześnie nowoczesne rozwiązanie problemu emisji tlenków azotu z kotła wyposażonego w ruszt ruchomy. Rozwiązanie to będzie zrealizowane dwuetapowo:
Etap 1. Szczegółowe „poznanie obiektu” poprzez wyposażenie kotła w instalację zdalnego monitoringu emisji zanieczyszczeń (w szczególności pomiar udziału O2, CO oraz NOx w spalinach).
Etap 2. Zastosowanie kombinacji „metod pierwotnych”: dokładnej kontroli liczby λ oraz podawanie żelaza (wraz z paliwem) jako addytywu ograniczającego emisję NOx.
Pierwszy etap jest niezbędny dla racjonalnej oceny emisji oraz optymalizacji procesu spalania. Wykorzystano do osiągnięcia tego celu zaawansowany sterownik wyposażony w oprogramowanie NEO, współpracujący z układami wykonawczymi oraz czujnikami pomiarowymi.
Dokładne „poznanie” obiektu pozwala równocześnie na podniesienie jego sprawności, co bezpośrednio wpłynie na obniżenie kosztów eksploatacyjnych i emisji CO2.
Etap drugi jest realizowany poprzez opracowany algorytm sterowania strumieniem zadawanego powietrza do spalania z wykorzystaniem przemiennika częstotliwości oraz poprzez przygotowanie odpowiedniej mieszanki paliwa i żelaza. Źródłem żelaza są odpowiednio przygotowane odpady poszlifierskie pochodzące z obróbki mechanicznej tanich, niskostopowych stali konstrukcyjnych. Schemat ideowy instalacji przedstawiony jest na rysunku 1.
Pozytywny wpływ obecności żelaza na skuteczność usuwania NOx z procesów spalania został potwierdzony eksperymentalnie. Metoda najlepiej sprawdza się w połączeniu z reburningiem, jednakże pozytywne rezultaty uzyskuje się również w przypadku klasycznego spalania, przy odpowiednim dobraniu parametrów procesowych (np. λ, czas przebywania reagentów w strefie płomienia i innych). Rozważano również rozwiązania alternatywne, jednakże zrezygnowano z ich aplikacji ze względu na poniższe kryteria:
System, złożony w oparciu o zaproponowane elementy automatyki kontrolno-pomiarowej, umożliwia kontrolę parametrów oraz sterowanie pracy całej kotłowni. Pomiary pochodzące z czujników są wprowadzane do sterownika, gdzie są przetwarzane, a wyniki wykorzystane do wygenerowania sygnałów sterujących przetwornicami częstotliwości wentylatorów, pomp i napędów.
System zapewnia utrzymanie parametrów:
· wysokiej sprawności procesu spalania,
· niskiej emisji spalin,
· grzewczych i hydraulicznych kotłów i sieci,
· nawęglania, odpylania, i odżużlania.
Podłączenie danego obiektu do autorskiego systemu dyspozytorskiego umożliwia przedstawienie w formie plansz graficznych wszystkich parametrów technologicznych. Wszystkie dane gromadzone są w archiwum, dzięki czemu można je odtworzyć w formie wykresów i dokonać stosownych analiz.
Cały system usprawnia eksploatację, wpływa pozytywnie na ekonomikę przedsięwzięcia i przyczyni się do ochrony środowiska. Największą zaletą proponowanej metody jest jej nowoczesność i prostota.
