KTU ŠILUMOS IR ATOMO ENERGETIKOS KATEDRA

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

2. 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

3. GERIAUSIPRIEINAMIGAMYBOSBŪDAI 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

4. 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

5. Numatomi TIPKįgyvendinimo 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

6. 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

7. TERŠALŲ SUSIDARYMAS LIEPSNOJE

8. 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

9. ANGLIES MONOKSIDAS

10. 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 %.

11. 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).

12. 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.).

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

14. KIETŲJŲ DALELIŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI

15. 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.

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

17. SIEROS OKSIDŲ IŠMETIMŲ MAŽINIMO BŪDAI

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

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

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

21. 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.

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

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

24. 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, tiklaipsniškai tiekiamas kuras. Mažų NOx degikliai. Mažų NOx degikliuose gali būti naudojami keli aukščiau paminėti NOx sumažinimo būdai. Tai – geriausias sprendimas.

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

26. Mažos NOx generacijos degikliai ĮPRASTINIS Low NOx

27. 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:

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

29. 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.

30. 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.

31. Ačiū už dėmesį