PRECISCAVANJE

R. ŠIŠIĆ i dr.http://scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0040-2176/2016/0040-21761601043S.pdf
REZULTATI ISPITIVANJA EFIKASNOSTI SUVOG…
TEHNIKA
RUDARSTVO, GEOLOGIJA I METALURGIJA 67 (201
6
)
1
43
Rezultati ispitivanja efikasnosti
suvog
odsumporavanja dimnih
gasova
iz
kotlova na ugalj malog kapaciteta
RIJAD
R.
ŠIŠIĆ,
Univerzitet u Tuzli,
Prethodno saopštenje
Rudarsko
geološko
građevi
n
ski fakultet, Tuzla, Bosna i Hercegovina
UDC
: 66.074.37:621.311.22
ZEHRUDIN
I.
OSMANOVIĆ
,
Univerzitet u Tuzli,
DOI
:
10.5937/tehnika1601043S
Tehnološki
fakultet,
Tuzl
a, Bosna i Hercegovina
EDIN
F.
DELIĆ
,
Univerzitet u Tuzli,
Rudarsko
geološko
građevi
n
ski fakultet, Tuzla, Bosna i Hercegovina
ZVJEZDAN
M.
KARADŽIN,
Univerzitet u Tuzli,
Rudarsko
geološko
građevi
n
ski fakultet, Tuzla, Bosna i Hercegovina
MERIM
M.
ALIČ
IĆ,
JP Elektroprivreda BiH
,
ZD Rudnici
Kreka
u Tuzli
Energetska postrojenja, kao što su kotlovi na ugalj, emituju u atmosferu dimne
gasove
koji sadrže čvrste
čestice i
gasov
e
nastale u procesu sagor
evanja uglja. Jedan od naj
op
asnijih emitovan
ih
polutanata je
svakako sumpor
(IV
)
oksid
,
te je
zato
smanje
nje emisije
sumpor
(IV
)oksida
postalo zakonska obaveza. Do
sada
najuspešnija
metoda redukcije sadržaja sumpor
(IV
)
oksida u produktima sagorevanja
je
injektiranje krečnj
aka ili kreča u produkte sagor
evan
ja i
obezbeđenje
uslova za reakciju između
injektiranog kreča i sumpor
(
IV
)
oksid
a
iz produkata.
U ovom radu
su obrađeni rezultati merenja
efikasnosti procesa suvog
odsumporavanja dimnih
gasova
nastalih
prilikom sagor
evanja uglja u
kotlu
snage 2.000 kW.
Ključne reči
:
odsumporavanje dimnih gasova, suvi postupak,
redukcija sumpo
r(IV)
oksid
1.
UVOD
Sumpor u prirodnom čvrstom gorivu može da se
javi u tri oblika
[1]
:
organski sumpor, vezan sa drugim elementima
goriva u obliku složenih jedinjenja;
piritni sumpor
,
koji se javlja u vidu jedinjenja
pirita (FeS
2
);
sulfatni
i sulfitni
sumpor
,
koji se javlja u gorivu u
obliku soli sumporne
i sumporaste
kiseline (FeSO
4
i
FeSO
4
).
Pri
sagorevanju sumpor zajedno sa ugljenikom i
vodonikom učestvuje u
transferu
toplote
,
stvar
ajući
su
mpor
(
IV
)
oksid
SO
2
i sumpor
(
VI
)
oksid
,
SO
3
s oko
10,5 MJ/kg energije.
S
umpor
je nepoželjan u gori
vu jer
produkti njegovog sagor
evanja štetno deluju na ele
mente
kotlovskog postrojenja i zagađ
uju okolinu
[
1
]
.
Adresa autora: Rijad Šišić,
Univerzitet u Tuzli, Ruda
rsko
geološko
građevi
n
ski fakultet, Tuzla, Univerzite
t
ska 2, Bosna i Hercegovina
Rad primljen: 09.09.2015.
Rad prihvaćen: 30.11.2015.
Količina emitovanog
SO
2
zavisi od sadržaja
sumpora u uglju, sadržaja alkalnih komponenata koje
se mogu vezati
za sumpor (
d
a
bi se izdvojio zajedno sa
pepe
l
o
m i šljakom
)
i
sadržaja SiO
2
,
koji može delovati
inhibitorski i temperature u ložištu. Sulfati pred
sta
vljaju jedinjenja
sa velikim sadržajem kiseonika
. Su
mpor iz sulfata ne može da gori. Sump
or prisutan u
gorivu u obliku pirita
il
i organski sumpor
delimično ili
potpuno
sagoreva
ju
.
Slobodni ili organski sumpor čini najveći d
e
o
sum
pora u uglju i u procesu sagor
evanja većim delom
prelazi
u SO
2
, a manjim
delom
u SO
3
. Vezani sumpor
tokom sagor
evan
ja ostaje najvećim delom u šljaci i
pepelu. Sagorevanjem uglja dolazi do vezivanja
sumpora za kalcij
um
oksid
, CaO
. Ispiti
vanjima je
utvrđeno da se stepen vezivanja sumpora za CaO
povećava s povećanjem molarnog odnosa Ca/S.
Temperatura u ložištu
predstavlja također bitan faktor
koji utiče na emisiju SO
2
[1].
Za
iskazivanje koristi od ugradnje
postrojenja za
odsumporavanjem dimnih
gasova
,
moguće
je
emisiju
analizirati
kao
uticaj na ljudsko zdravlje.
Smanjenje
životnog
veka u
Bosn
i i Hercegovini
u
sled
delovanja
R. ŠIŠIĆ i dr.
REZULTATI ISPITIVANJA EFIKASNOSTI SUVOG…
44
TEHNIKA
RUDARSTVO, GEOLOGIJA I METALURGIJA 67 (2016)
1
štetnih jedinjenja iz emitovani
dimnih
gasova
a pose
bno emisije SO
2
je 6 meseci
,
dok je EU (27) prosek 8
,
5
meseci [2].
2.
SU
V
O ODSUMPORAVNJE DIMN
IH
GASOVA
P
r
omatrajući s
aspekta jednostavnosti procesa i
odnosa uloženog novca i dobijenog redukcijskog efe
kta, radi se o
najjeftinijoj
metodi za odsumporavanje
dimnih
gasova
[3]
. Poznato je da se deo
sumpor
(I
V
)
oksida
koji nastaje sagor
evanjem sumpora iz uglja
veže
,
ve
ć
u lož
ištu
,
za bazne
okside
, posebno Ca, koji
su prisutni u gorivu. Ova reakcija prirodnog odsum
poravanja karakteristi
č
na je za lignite
koji imaju vi
soko učešće
Ca
.
Metoda
suvog odsumporavanja
se zasniva na
do
davanju
kalcij
um
a u ložište, koji vezuje sumpor
(
IV
)
oksid, grade
ć
i C
a
SO
4
. Kalcij
um
,
kao sorbent,
može
se
dovoditi
u razli
č
itim oblicima, kao kre
č
,
hidratisani
kreč i krečnjak
. Jedan od najbitnijih parametara koji
uti
č
e na postignuti stepen vezivanja sumpora je tem
peratura u zoni u koju se sorbent uvodi
.
Dosadašnja iskustva su pokazala da je
vrlo
povo
ljan opseg temperatura
u
zon
i u koju
se ubacuje kre
č
njak
950
1150
°
C
, što su upravo temperature
koje su
izmerene
u ložištima za lignit. Previsoka temperatura
može prouzrokovati topljenje
č
estica sorbenta
i inten
zivnu reakciju CaO sa mineralima koje sadrži ugalj
[3]
.
Na osnovu molarnog odnosa Ca/S u uglju može se
odrediti stepen vezivanja sumpora. Mehanizam vezi
vanja sumpora za alkalne spojeve se poja
č
ava ukoliko
se ovi spojevi dodaju uglju. Doziranje
sorbenta može
se vršiti na slede
ć
e na
č
ine
[3]
:
direktnim m
ešanjem sa ugljem,
injektiranjem
u ložište, u zoni plamena,
injektiranjem
u ložište, iznad zone plamena
.
Slika 1
Uprošćena šema kotlovskog postrojenja sa to
kovima dodavanja i izdvajanja čvrsti
h mate
rijala
N
a efikasnost odsumporavanja ovim po
stupkom uti
č
u i
[4]
:
koli
č
ina do
d
anog sorbenta,
kvalitet mlevenja sorbenta,
sadržaj alkalnih metala u sorbentu,
sadržaj alkalnih metala u pepelu,
vreme boravka (kontakta) sorbenta sa dimnim
ga
s
ovima u
ložištu, i
homogenost
mešanja
sorbenta sa dimnim
gas
o
vima.
Optimizacijom uticajnih faktora i ubacivanjem
kre
č
njaka može se posti
ć
i stepen vezivanja sumpora do
maksimalno 70%. U cilju pove
ć
anja stepena odsumpo
ravanja uvodi se dodatna koli
č
ina sorbenta, kr
e
č
a ili
hidratisanog kre
č
a, u zonu iznad gorionika. Potrebna
koli
č
ina sorbenta se odre
đ
uje
iz
molarnog odnosa
Ca/S. Naime, ustanovljena je zavisnost stepena vezi
vanja sumpora od odnosa Ca/S
,
kao što
je prikazano na
slici 2
[4].
Slika
2
Stepen
odsumporavanja
u zavisnosti
od
odnosa Ca/S
i
temperature u kotlu
[4]
(Plava
kriva prikazuje stepen odsumporavanja za
temperaturu u kotlu od 800 do 1100OC, a žuta
za uslove sagorevanja uglja u TE Stanari
tem
p
e
r
atura je oko 1200
o
C)
Nedos
tatak metode dodavanja
suvog
sorbenta je
mogu
ć
nost
zaprljanja
(onečišćenja)
grejnih površina
kotla, kao i porast koncentracije
č
estica u dimnim
gas
ovima. Za molarni odnos Ca/S = 1, potrebno je
dodati na 1 kg sumpora u uglju 3,5 kg kre
č
njaka
[4]
.
Tabela
1.
Parametri delovanja
sistema injektiranja rea
gensa u ložište
[3]
Tehnologija
odsumpora
vanja
Stepen
uklanjanja
SO
2
Parametri delovanja
Parametar
Vrednost
Injektiranje
reagensa u
ložište
30
50 %
Radna
temperatura
950
1150°C
Reagens
Kreč
Potrošnja
energije
0,01
0,2 %
kapaciteta
Pad efikasnosti
kotla
2 %
Pouzdanost
99,9 %
Otpad
Mešavina
kalcijumovi
h soli
R. ŠIŠIĆ i dr.
REZULTATI ISPITIVANJA EFIKASNOSTI SUVOG…
TEHNIKA
RUDARSTVO, GEOLOGIJA I METALURGIJA 67 (2016)
1
45
Pri molarnom
odnosu
Ca/S 4
5 i optimalnom
vođenju procesa injektiranja
krečnjaka
može se postići
50
%
tno vezivanje/uklanjanje
S
O
2
. Efikasnost ukla
njanja S
O
2
kao i
efikasnost iskorišćenja krečnjaka
su
niže nego kod drugih procesa
odsumporavanja
[4]
.
U
tabeli
1
.
d
ati su
neki od parametara delovanja ovog
procesa
[3
]
.
3.
EKSPERIMENT
SUVOG
ODSUMPORAVANJA
Pri izvođenju eksperimenta
neophodno je
prove
sti
sledeće
aktivnosti
:
Od
abrati poligon
kotl
ar
nica
za eksperiment su
v
og odsumporavanja dimnih
gasova
.
Analizirati
ugalj
.
Analizirati
emisije dimnih
gasova
bez odsum
pora
vanja pomoću
uređaja za
monitoring
emisije dim
nih
gasova
.
Izmeriti
temperature u ložištu
,
laserskim termo
metrom.
Proračunati
parametre
suv
og odsumporavanja di
mnih
gasova
.
Uporediti emisiju SO
2
, sa i bez odsumporavanja
dimnih
gasova
.
Izvršiti
analizu
eksperimenta.
3.1.
Poligon
eksperimenta
Za poligon ek
s
perimenta izabran
je kotao
JP
Horizontala
Živinice
toplotne
snage 2.000 kW
,
koji
se koristi za gr
e
janje stambenih zgrada u gradu Živi
nice
.
Na slici 3
data je šema mjerenja na odabranom
kotlu
. Kreč u prahu je injektiran
pod pritiskom
dire
ktno u l
ožište, u prostor iznad plamena
.
Slika
3
Način merenja temperature, pritiska i dimnih
gasova na ulazu u dimnjak pomoću
anali
zatora dimnih gasova MRU
Air
VARIO
PLUS”
i temperature u ložištu pomoću laser
skog termometra
3.2.
Analiza
uglja
Analiza
korišćenog
uglja
,
sa sadržajem sumpo
ra
,
izvršena
je u Laboratoriji za ko
ntrolu kvaliteta uglja
u
Sekt
oru
za kontrolu kvaliteta uglja JP Elektroprivreda
ZD Rudnici Kreka.
U tabeli 2 prikazani su rezultati
analize mrkog uglja Rudnika „Banovići“ sa sadržajem
sumpora u uglju. U
ovom opitu korišćen
je ugalj
sortimana
”grah” krupnoće
5
15 mm.
Tabela
2
.
Rezultati analize
uglja
Sortiman
Grah
Veličina zrna,
mm
5
15
Sadržaj
podzrna
, %
8
Sadržaj
jalovine
, %
Sadržaj ukupne vlage
, %
25,22
Sadržaj pepela
, %
10,54
Sadržaj sagorelog
sumpora
, %
0,84
Sad
ržaj ukupnog sumpora
%
1,82
S
adrž
aj vodonika
, %
3,12
Donja topl
otna
vred
nost,
kJ/kg
17.
585
3.3.
Rezultati merenja i proračun
efikasnosti suvog
odsumporavanja
Merenje konce
n
tracije
S
O
2
u dimnim
gasovima
na izlazu
iz kotla izvršeno je
pomoću prenosnog ana
lizatora dimnih
gasova
MRU
Air ”VARIOPLUS”
Tabela
3
.
Tehničke kara
kte
r
istike
a
nalizatora dimnih
gasova
MRU
Air ”VARIOPLUS’
Naziv senzora
karakteristike
M
e
r
ni opseg
Broj
elektrohemijskih
senzora
6
Senzor
za O
2
0
21 vol.%
Senzor za CO
0
10 %
Senzor za NO
0
5000 ppm
Senzor za NO
2
0
1000 ppm
Senzor za SO
2
0
5000 ppm
Senzor za H
2
0
2 %
Senzor
za H
2
S
0
500 ppm
Senzor
za CO
2
0
20% / 40 %
Senzor
za CO
0
30000 ppm / 10 %
Senzor
za HC (metan)
0
30000 ppm
Senzor za HC
(propan):
0
5000 ppm / 10000 ppm
Opseg temperature
+650
+1100°C
Opseg
pritiska/
potpritiska
100
+100,00 mbar
Integrisani
brzi termo
pisač
za ispis podataka
Pohrana podataka
do 7500 mernih setova
R. ŠIŠIĆ i dr.
REZULTATI ISPITIVANJA EFIKASNOSTI SUVOG…
46
TEHNIKA
RUDARSTVO, GEOLOGIJA I METALURGIJA 67 (2016)
1
Tabela
4
.
Konce
n
tracija SO
2
i proračunati stepen korisnosti suvog odsumporavanja
na izlazu i
z ložišta sa injektiranjem
kreča
S
uk
1,82
%
S
sag
0,84
%
Koncentracija
SO
2
bez
odsumporavanja
2
so
C
1.5800
mg
/m
3
Temp. u
ložištu
T
l
500
°C
Koncentracija SO
2
i proračunati stepen korisnosti suvog
odsumporavanja na izlazu iz ložišta sa injektiranjem kreča
Količina injektiranog
kreča
CaO, [kg]
1
2
3
4
5
6
7
8
Koncetracija
SO
2
na izlazu iz ložišta sa
injektiranjem krečnj
a
ka
3
/
2
m
mg
C
so
912
694
431
255
218
201
197
174
S
tepen efikasnosti suvog odsumporavanja
%
1
2
2
so
so
C
izl
C
42,56
56,29
72,85
83,9
4
86,27
87,34
87,59
89,04
Na osnovu rezultata
m
erenja koncetracije SO
2
na
izlazu iz ložišta
izvršen je proračun uticaja
količine
injektiran
og
CaO u ložište
na stepen efikasnosti
procesa
suvog
odsumporavanja
.
Na slici 4 grafički je prikazana proračunata efika
snost odsumporavanja u
zavisnosti od količine doda
nog kreča
.
Slik
a 4
Dijagram efikasnosti procesa suv
og odsum
poravanja u zavisnosti
od količine injektira
nog
CaO
4.
ZAKLJUČAK
Prilikom sagorevanja
mrkog uglja Banovići
,
čiji je
faktor emisije SO
2
1 tona uglja ÷ 30 kg SO
2
,
u
proces
u
suvog
odsumporavanja dimnih
gasova
na
200 kg uglja
neophodno je potrošiti
oko 10 kg CaO
.
U ovom eksperimentu
,
usled
postepenog injekti
ranja kreča
,
stepen efikasnosti procesa
suvog
odsum
poravanja se kretao od 42,56 % do
89,04 %,
što na
meće zaključak da je
moguće eliminisati SO
2
i
iz
dim
nih gasova i
do
90
%.
Kao „nus“ pojava injektiranja
CaO
u
ložište
javlja
se pad
tempera
ture i efikasnosti kotla.
LITERATURA
[1]
Srivastava, R. K
,
Jozewicz, W
,
Singer. C,
SO
2
Scrubbing Technologies: A Review, Environmental
Progress, Vol. 20, No. 4, pp.219
228
,
Dec. 2001.
[2]
M.
Khan
,
Prediction of sulphur distribution in
products during low temperature coal pyrolysis and
gasification
Fuel
,
Volume
68,
Issue
11
, Pages 1439
1449
,
N
ovember 1989
.
[3]
Reference Document on Best Available Techniques
for Large Combustion Plants
, E
uropean
C
ommi
ssion
, July 2006
,
[4]
Kneževi
ć
A
,
Mati
ć,
I
,
Tanaskovi
ć
M., Mili
č
i
ć D,
Studija uticaja na životnu sredinu
termoelektrane
,
Stanari,
IPSA Institut Sarajevo,
2007,
[5]
Directive 2001/80/EC on limitation of emissions of
certain pollutants into the air from large combustion
plants,
Official journal of European communities L
309, oktobar 20