Formarea oxizilor de azot în timpul arderii

Transcript

1 Formarea oxizilor de azot în timpul arderii are loc, pe baza azotului din aer si a azotului continut în combustibil. Acest mecanism, spre deosebire de cel al formării de dioxid de sulf, poate fi controlat si "stapânit", prin măsuri primare adecvate procesului de ardere. Respectarea normelor privind nivelul maxim admis al emisiilor de oxizi de azot la cos se poate planifica, luând în considerare două aspecte: Controlul mecanismului de formare a oxizilor de azot (în special NO) în focar, prin măsuri primare, si Curătirea gazelor de ardere de oxizii de azot, prin măsuri secundare.

2 Mecanisme de formare a oxizilor de azot mecanismul termic de formare a oxidului de azot din azotul din aerul necesar arderii, mecanismul de formare a oxidului de azot din azotul existent în compozitia combustibilului, mecanismul formării oxidului de azot prompt sau timpuriu.

3 Factori de influentă Parametrii de ardere: temperatura, concentratia oxigenului în zona de ardere si timpul de stationare; Proprietătile combustibilului: puterea calorifică, continutul de azot, continutul în materii volatile si reactivitatea.

4 NO Oxizii de azot Zona de producere Mecanismul reacţiei Factorii de influenţă după Zeldovici: a) exces de aer: termic flacără, zona de după reacţie. O + N2 = NO + N N + O2 = NO + O b) exces de combustibil: N + OH = NO + H concentraţia de oxigen atomic, timpul de reacţie, temperatură mai mare decât C. NO prompt flacără. după Fenimore: CN + H2 = HCN + H CN + H2O = HCN + OH CN + H2 = HCN + H concentraţia de oxigen atomic, coeficientul excesului de aer.λ. din azotul din combus tibl flacără concentraţia azotului în combustibil, concentraţia oxigenului, coeficientul de exces de aer λ temperatura flăcării.

5 NO2 Oxizii de azot Zona de producere Mecanismul reacţiei Factorii de influenţă flacără. după Fenimore: NO + H2O = NO2 + H2 încetinirea bruscă a reacţiei de ardere. NO2 canale de gaze, coş de fum, după Bodenstein: 2 NO + O2 = 2 NO2 temperaturi < 650 C, concentraţia oxigenului, timpul de reacţie. atmosferă liberă. NO2 + ruv = NO + O O +O2 + M = O3 + M NO + O3 = NO2 + O2 concentraţia oxigenului, lumina solară, timpul de reacţie, gradul de murdărire a atmosferei. In general, prin timp de stationare se întelege durata necesară gazelor de ardere pentru parcurgerea distantei dintre centrul arzătorului principal până în zona unde s-au răcit la 800 C. Pentru calcularea vitezei de curgere se acceptă o temperatură normată a gazelor de C

6 Consideratii formarea monoxidului de azot termic va avea loc acolo unde arderea decurge la temperaturi de peste C; în focarele cu încărcare termică ridicată se va forma mai mult NO termic, decât în cele cu încărcare termică scăzută, datorită temperaturilor de ardere ridicate; o reducere minoră a temperaturii de ardere în focarele cu încărcare termică ridicată determină o reducere mult mai mare a cantitătii de monoxid de azot termic formată, comparativ cu situatia în care aceeasi măsură se ia pentru focarele cu încărcare termică mai scăzută. Explicatia este legată de legea dependentei exponentiale a fenomenului de parametrul temperatură; dacă o flacăra este răcită rapid, nu se atinge echilibrul pentru reactia de formare a monoxidului de azot termic; având în vedere că timpul pentru formarea monoxidului de azot este diferit pentru fiecare instalatie, măsurile primare pentru reducerea formării de NO x termic sunt specifice.

7 Dependenta cantitătii de monoxid de azot termic, exprimat ca NO 2, de temperatură si respectiv coeficientul excesului de aer

8 Mecanismul de formare a NO x dintr-o particulă de cărbune expusă în mediu fierbinte.

9 Variatia continutului de azot în combustibil, în functie de puterea calorifică

10 Gradul de conversie a azotului din combustibil pentru diverse calitati de combustibil

11 Caracterul dependentei dintre temperatura din flacară si formarea de NO x, conform celor trei mecanisme

12 Pentru practica arderii carbunilor In focarele pentru arderea prafului de cărbune cu evacuarea cenusii în stare solidă, unde temperatura de ardere este de C, se formează relativ putin NO termic. Din cantitatea de NO format, o mare parte are drept provenientă azotul eliberat o dată cu materiile volatile si mai putin cel din reziduul carbonos. In focarele pentru arderea cărbunelui brun si în focarele cu ardere în strat fluidizat, NO se formează aproape în totalitate din azotul continut de combustibil. In focarele pentru praf de cărbune si evacuarea cenusii în stare lichidă, NO termic are ponderea cea mai mare. Proprietatea specifică a cărbunilor de a forma NO depinde atât de continutul de azot cât si de continutul de volatile si de nalura curbei lor de degajare.

13 Continuare Desi există o legătura între cantitatea de NO format si continutul de materii volatile (adică, cu cât există mai multe materii volatile, cu atât se va forma mai mult NO), acestă caracteristică a cărbunelui nu este singurul factor care guvernează mecanismul formării de NO. O reducere considerabilă a formării de NO se poate obtine prin reducerea concentratiei de oxigen în zona de ardere, atât la nivelul arderii particulei (în zona arzătoarelor), cât si pe înăltimea focarului. Analiza rezultatelor privind formarea de NO într-un focar experimental, în care s-au ars două calităti de cărbune brun [10], a arătat că, în domeniul de temperaturi cuprinse între 800 si 900 C, formarea de NO depinde, în special, de coeficientul excesului de aer la care are loc arderea si nu de proprietătile diferite ale sorturilor de cărbune.

14 Dependenta dintre concentratia NO 2, respectiv a nearselor în gazele de ardere si coeficientul excesului de aer

15 Explicatii O recirculare de gaze de ardere are un efect mai mare în zonele de ardere, în care determină efectiv reducerea concentratiei de oxigen. O recirculare de gaze de ardere în zona de introducere a aerului primar va determina împiedicarea mai accentuată a producerii mecanismului formării de NO, decât dacă gazele ar fi recirculate în zona introducerii aerului secundar. Dacă se reduce concentratia de oxigen prin recircularea gazelor sau prin alte măsuri, atunci se obtine o prelungire a timpului de ardere a materiilor volatile si a reziduului carbonos. Dublarea, de exemplu, a timpului de ardere (sau, mai corect spus de stationare în spatiul focarului) nu are un efect prea mare asupra arderii volatilelor, deoarece timpul de ardere al acestora este mult mai mic decât cel al arderii reziduului carbonos. Acesta din urmă este cel mai lung. Dublarea amintită poate însă determina cresterea procentului de nearse în cenusă.

16 Masuri primare de reducere a NOx Din studiul genezei NO x se constată că principalii factori, care determină formarea într-o cantitate mai mare sau mai mică a acestei noxe, sunt temperatura ridicată si excesul mare de oxigen, în zona de ardere. Alături de acesti factori trebuie luată în considerare si calitatea combustibilului, concretizată prin continutul de azot si puterea calorifică. In cazul cărbunilor. Un rol deloc neglijabil îl are continutul de volatile, nu numai sub aspect cantitativ, dar si sub alte aspecte, cum ar fi temperatura la care are loc degajarea lor, viteza cu care se desfăsoară acest fenomen etc. Din punct de vedere tehnic, minimizarea producerii de NO x se realizează prin asanumitele măsuri primare, care, în fond, urmăresc scăderea simultană, în zona de ardere, atât a temperaturii cât si a coeficientului excesului de aer, uneori chiar până la valori subunitare. Aceste scopuri sunt atinse prin diverse metode, dar mai ales, prin asanumita metodă de ardere în trepte, care se aplică atât la nivelul focarului, cât si la nivelul arzătorului.

17 Arzătoare in trepte pentru praf de cărbune Aplicarea metodei de ardere în trepte la nivel de arzător a condus la aparitia unei game speciale de arzătoare, cunoscute sub denumirea de "arzătoare sărace în NO x ". Există multe realizări practice si studii care se extind asupra tuturor arzătoarelor turbionare pentru combustibili solizi, lichizi sau gazosi, precum si pentru arzătoarele de tip fantă, folosite pe scară largă, pentru echiparea focarelor mari, care functionează cu praf de cărbune. Drept cazuri limită se deosebesc introducerea în trepte a aerului respectiv introducerea în trepte a combustibilului.

18 Cele mai importante mărimi constructive si functionale gradul de turbionare si modul în care se realizează; amplasarea conductei de praf, respectiv a celei de aer central; modul în care se formează conturul de scoică, datorită recirculării interioare; raportul dintre impulsul pentru aerul secundar, introdus sub formă de aer de manta, la periferia jetului primar, si impulsul amestecului de aer primar si praf de cărbune.

19 Arzătoare turbionare Câmpuri de curgere pentru flacără 1 Amestec aer primar si praf de cărbune, 2 Aer secundar, 3 Limita de radiatie.

20 Tehnici Combustibilul de adaos este introdus prin cele patru orificii amplasate în jurul arzătorului turbionar, în scoica exterioară a flăcării primare, formându-se astfel o flacără puternic substoihiometrică Compusi ca NH 3, HCN si CO formati vor contribui la reducerea oxidului de azot format în flacăra primară. Completarea arderii cocsului se face mult în aval, într-o zonă substoihiometrică de definitivare a arderii, unde se introduce restul aerului necesar arderii, prin duzele amplasate deasupra arzătorului Aerul de ardere se introduce in trepte (unui dispozitiv de forma unui difuzor conic, care are rolul de a uniformiza amestecul combustibil Praful de cărbune este introdus în trepte Pentru cărbunii săraci în materii volatile, cum ar fi antracitul sau semiantracitul, sunt necesare măsuri suplimentare pentru asigurarea aprinderii, deoarece căldura degajată prin arderea volatilelor este insuficientă. Pentru atingerea acestui scop, se impune cresterea temperaturii în zona de aprindere, prin încălzirea suplimentară a amestecului de aer primar si praf de cărbune. Se foloseste un concentrator de praf, dispus în tubulatura de admisie a amestecului primar. Acesta permite separarea si eliminarea prin conducta de scăpare a circa 50 % din aerul primar si 10 % din praful de cărbune si înlocuirea acestora cu aer secundar mai cald.

21 Câmp de curgere pentru un arzător cu tub central împins înainte 1 Aer secundar central, 2 Aer primar si praf de cărbune, 3 Aer secundar periferic.

22 Câmp de curgere pentru un arzător cu tub central împins înainte 1 Aer secundar central, 2 Aer primar si praf de cărbune, 3 Aer secundar periferic.

23 Arzător turbionar cu introducerea aerului în trepte, constructie Steinmüller 1 Arzător pentru hidrocarburi, 2 Canal de aer primar si praf de cărbune, 3 Aer secundar central, 4 Aer secundar de manta, 5 Aer tertiar, 6, 7 Clapete de reglaj, 8 Aparat de turbionare a aerului secundar de manta.

24 Arzător PAX cu prelevarea aerului primar 1 Racord, 2 Concentrator de praf, 3 Conducta de scăpare, 4 Registru pentru aer, 5 Ambrazură, 6 Stabilizator de flacără, 7 Admisie de aer cald (316 grd C), 8 Evacuarea ametecului sărac (10 % cărbune, 50 % aer primar), 9 Intrarea amestecului primar de praf de cărbune si aer.

25 Arzator XCL 1 Disc de control a admisiei de aer, 2 Tub Pitot, 3 Paletă reglabilă, 4 Paletă fixă, 3 Concentrator de praf, 6 Intrarea amestecului primar de praf de cărbune si aer

26 Influenta gradului de aerare primar asupra gradului de reducere a cantitătii de NO 2 1 Arzătoare de 70 MW, 2 Arzător model de 2,3 MW, varianta I, 3 Idem, varianta II.

27 Schema arzătorului turbionar cu autostabilizare (ATA) 1 Aer secundar central, 2 Amestec primar, 3 Aer secundar, 4 Aer secundar interior, 5 Aer secundar de manta, 6 Gaze de ardere recirculate.

28 Arzătoare fantă Schema unui focar cu bloc de arzătoare tip fantă: 1 Aer secundar superior, 2 Aer primar si praf de cărbune, 3 Aer secundar intermediar, 4 Aer secundar inferior Schema amplasarii blocului de arzătoare aplicând sistemul "Over Fire Air" a Inainte de rethnologizare, b După retehnologizare.

29 Explicatie In zona arzătoarelor, s-a preconizat să se insufle un debit de aer mai mic (circa 80-85) % decât cel minim necesar arderii perfecte, iar restul, denumit "over fire air" (aer de deasupra zonei de ardere), să fie insuflat deasupra blocului de arzătoare, cu scopul de a contribui la definitivarea (completarea) arderii.

30 Arzătoarele de tip fantă se compun din mai multe blocuri etajate, dispuse în colturile focarului sau pe peretii laterali ai acestuia. Directia de injectie a jeturilor de praf de cărbune si aer se alege tangentă la un cerc imaginar, cu centrul în axa verticală a focarului In figura seprezinta modul de amplasare în colturile focarului jumelat. S-a testat pe un cazan al unui bloc de 740 MW, cu functionare pe huilă din bazinul Rinului. In varianta prezentata, blocul de arzătoare este compus din suprapunerea a patru arzătoare, fiecare din acestea având câte două guri de insuflare a jetului primar de aer si praf de cărbune. Gurile sunt încadrate între fantele de insuflare a aerului secundar superior, intermediar si inferior. S-a dovedit că, la arderea în sistem tangential, cu arzătoare tip fantă, fără să se ia măsuri speciale, se produc cantităti mai reduse de NO x, fată de arderea aceluiasi cărbune, cu ajutorul arzătoarelor turbionare.

31 Organizarea arderii in trepte la nivelul focarului Arzator cu exces de aer Arzator cu deficit aer Combustibil Aer a - Metoda "Over fire air", b - Metoda Burners out of service, c - Metoda In furnance reduction

32 Teorie Arzătoarele principale functionează în conditii substoihiometrice si, ca urmare, producerea de NO x este frânată, prin lipsa de oxidant în imediata vecinatate a arzătoarelor. Totodată însă se înrăutăteste arderea, ea devenind incompletă si imperfectă, ceea ce are drept primă repercursiune cresterea concentratiei de CO (procentul de nearse) în gazele de ardere. Pentru definitivarea arderii se insuflă si restul de aer necesar arderii, asanumitul aer de definitivare a arderii. Diuzele de insuflare sunt amplasate la partea superioară a focarului, urmărindu-se ca procentul de nearse să ramână sub 5 %. In cazul modernizării unor instalatii mai vechi, este avantajos să se foloseasca principiul "Burners out of Service. Prin această metodă se preconizează "scoaterea din functiune" a unor arzătoare existente dinaintea retehnologizării sau modificarea regimului lor de functionare. Conform acestui principiu, arzătoarele principale (de la baza focarului) functionează cu lipsă de aer, iar cele secundare, montate la nivel superior, cu exces de aer. O modalitate deosebită de a materializa arderea în trepte este asa numita reducere a NO x în spatiul de ardere. Metoda este cunoscută sub denumirea de "In Furnace NO x -Reduction".

33 Schema focarului pentru praf de cărbune si reducerea NO x în spatiul de ardere, prin injectie de hidrocarburi In focar, se stabilesc trei zone: zona principala de ardere (ZPA), în care coeficientul excesului de aer variază între 1,13 si 1,15 si din care gazele de ardere vor iesi cu un continut apreciabil de NO si nearse; zona de gaze reducătoare (ZR), în care conditiile sunt substoihiometrice, iar compusii de genul NH i, HCN si CO, (produsi în procesul de ardere substoihiometrică, ca urmare a injectiei de hidrocarburi) vor contribui la reducerea (chimică) a NO existent. zona de definitivare a arderii (ZDA), în care se insuflă aer prin diuzele montate la o distantă suficientă de suprafetele de încălzire din tavanul focarului, în scopul asigurării timpului necesar reactiei de oxidare si implicit a reducerii nearselor din cenusa zburătoare, sub 5%.

34 Tehnologia arderii in strat fluidizat datorită temperaturii reduse de ardere si a puternicei atmosfere reducătoare din focar, emisiile de NO x sunt reduse si de multe nu mai este necesar să se apeleze la metode secundare de curătire (denoxare) a gazelor de ardere

35 Măsuri secundare pentru denoxarea gazelor de ardere Aplicarea măsurilor primare determină o scădere importantă a concentratiei oxizilor de azot în gazele de ardere ce părăsesc focarul, dar nu si suficientă pentru a corespunde normelor internationale privind emisia de NO x, pe cosul de fum. In scopul respectării acestora si deci a protejării mediului ambiant, trebuie să se procedeze dacă este nevoie si la o curătire (denoxare) a gazelor de ardere. Astfel de măsuri sunt denumite măsuri secundare si ele urmăresc retinerea (legarea) oxizior de azot din gazele de ardere, înainte ca acestea să fie eliminate pe cosul de fum, spre mediul ambiant. Instalatiile pentru retinerea oxizilor de azot din gazele de ardere, cunoscute în general sub denumirea generică de "instalatii DENOX", s-au dezvoltat, având la bază diverse procedee necatalitice sau catalitice, care la rândul lor, se bazează pe fenomene de absorbtie, adsorbtie, reducere termică, descompunere si reducere chimică. Adesea, procedeele de denoxare se "contopesc" sau "înlăntuiesc" cu cele de desulfurare a gazelor de ardere.

36 Procedee umede si uscate de denoxare, respectiv denoxare si desulfurare simultană Procedee umede Procedee uscate Denoxare Denoxare şi desulfurare oxidare/adsorbţie; oxidare/absorbţie; adsorbţie/reducere; absorbţie/reducere; absorbţie/oxidare. oxidare/reducere. reducere necatalitică selectivă (SNCR); adsorbţie/reducere; reducere catalitică selectivă (SCR), în radiaţie cu jet de electroni. sistem high dust (gaze nedesprăfuite) sau low dust (gaze desprăfuite); reducere selectivă necatalitică (SNR).

37 Procedee de eliminare a NO x Procedee necatalitice Procedee catalitice din gazele de ardere în soluţie de NaOH şi NaOCl; Absorbţie în soluţie 5 15 % de H2NSO3H în acid sulfuric; prin reacţii gaz/solid, patul de reacţie fiind CaCl, Na2CO3, CaCO3, CaO, etc. Adsorbţie cărbune activ: mordenit (alumino silicat cristalin); turbă îmbibată în alcalii. cu pulbere de cocs la C; Reducere cu N2H4 la C; termică cu NH3 la C; cu uree la C; cu hidrocarburi C1 C4 la 980 C. Descompunere pe amestec de oxizi metalici (Cu, Ni, Fe, Cr), la temperaturi de peste C. Reducere cu H2 şi catalizator pe bază de Pt, Pd, Ni, Cr; cu NH3 şi catalizator pe bază de TiO2, combinat cu V2O5 sau WO3; cu CO şi catalizator pe bază de oxid de cupru, oxid de crom, cromit de cupru; cu hidrocarburi (CH4), folosind catalizatori platinici sau neplatinici (cromit de cupru activat cu zinc sau bariu); cu amestec de gaze reducătoare, ca de exemplu NH3 şi etanol pe catalizator Pd/Al2O3 sau NH3 şi CO pe catalizator Ca/SiO3.

38 Reducerea omogenă în fază gazoasă cu amoniac Se cunoaste că radicalii NH i au putere reducătoare asupra oxizilor de azot. Reactia clasică de reducere este cu amoniac, care generează radicalul NH i : NH i + NO N 2 + alte produse i = 0-3 Reactiile de reducere a oxizilor de azot sunt, în principal următoarele: 4 NH NO 5 N H 2 O 8 NH NO 2 7 N H 2 O In prezenta oxigenului, se măreste gradul de reducere: 4 NH NO + O 2 4 N H 2 O 4 NH NO 2 + O 2 3 N H 2 O

39 Continuare In conditii nefavorabile (temperaturi înalte, exces foarte mare de aer) se poate produce însă si o oxidare nedorită a amoniacului, cu formarea suplimentară de NO: 4 NH O 2 4 NO + 6 H 2 O De asemenea, se poate produce si o reducere: 4 NH O 2 2 N H 2 O sau formarea de N 2 O: 4 NH O 2 2 N 2 O + 6 H 2 O Pe cât de simple par aceste reactii, pe atât de complicat este mecanismul lor, doarece ele nu decurg sub forma sumară prezentată, ci în multe etape, ce se înlăntuiesc, functie de conditiile existente în mediul gazos omogen.

40 Continuare Primul pas îl constituie formarea de NH 2 : NH 3 + OH NH 2 + H 2 O In continuare, există două "căi". Prima prevede transformarea NH 2 în final în N 2 (în situatia unui deficit de aer), cealaltă va conduce la formarea de NO suplimentar (în situatia unui excedent de aer). Din întregul lant sunt importante următoarele reactii: NH 2 + OH NH + H 2 O NH 2 + NO N 2 + H 2 O NH 2 + NO NNH + OH

41 Reducerea omogenă în fază gazoasă cu uree Ureea (NH 2 ) 2 CO este diamida acidului carbonic. Industrial se obtine prin încălzirea dixidului de carbon si a amoniacului la 130 C si 50 bar. Se prezintă sub formă de cristale incolore si este solubilă în apă. Ureea se descompune termic, formându-se amoniac si acid izocianic: (NH 2 ) 2 CO NH 3 + HNCO Procesul de piroliză a ureei începe după 132 C si se desfăsoară vehement la încălzirea rapidă a acesteia la C, în câteva secunde. Din analiza acestui lant de reactii se constată că, în fond, procesul de denoxare se datorează radicalului activ NH 2, care reactionează cu NO si dă nastere azotului molecular si apei, deci unor produse nepoluante.

42 Dnoxarea cu uree

43 Conditii Finetea pulverizării depinde de foarte multi factori, care, în principiu pot fi grupati astfel: proprietăti fizice ale lichidului: vâscozitate, tensiune superficială, densitate; proprietăti fizice ale mediului în care se face pulverizarea: densitate, temperatură, presiune; parametri constructivi: tipul pulverizatorului, diametrul si numărul orificiilor de injectie; parametri functionali: presiunea lichidului pulverizat, viteza relativă între vâna de lichid si mediul în care se face pulverizarea, turbulenta internă a vânei de lichid, etc.

44 Alte considerente In procesele de schimb de căldură si substantă, care au loc la injectia agentului reducător în curentul de gaze de ardere, pe lângă finetea pulverizării, un rol important îi revine si uniformitătii de pulverizare. Această caracteristică reprezintă distributia numărului de picături, în functie de diametrul acestora. Amestecarea cât mai uniformă a picăturilor de lichid în curentul de gaze fierbinti este dependentă si de unghiul conului de pulverizare, directia de injectare în raport cu directia principală de miscare a gazelor, precum si de capacitatea de penetratie a jetului. Dinceledemai sus, rezultă că trebuie să se acorde o mare atentie conceptiei si realizării lanciei, deoarece calitatea pulverizării si a uniformitătii amestecării agentului reducător în gazele de ardere sunt puternic dependente de acestea. In constructia sondei trebuie să nu se neglijeze nici problema răcirii ei de către agentul reducător (apă cu uree în acest caz)

45 Alti agenti reducatori se pot folosi drept mediu reducător si alte substante cum ar fi amestecul de apă oxigenată cu uree ((NH 2 ) 2 COH 2 O 2 ), formiatul de amoniu (NH 4 HCOO), acetamida (NH 2 COCH 3 ), singura conditie fiind legată de posibila generare de radicali NH 2

46 Atentie dacă se depăseste fereastra de temperatură activă, trebuie să se conteze pe emisii secundare foarte periculoase pentru mediul ambiant : HNCO, N 2 O, NH 3 (scăpări) si CO. Aparitia protoxidului de azot N 2 O este posibilă mai ales în urma lantului de reactii care constituie ramura din dreapta a schemei mecanismului de descompunere a ureei. Comparativ cu procedeul SNCR cu injectie de amoniac, în acest caz, se obtine aproape o cantitate dublă de N 2 O, explicatia fiind legată de prezenta a doi radicali potenti NH 2 în molecula de agent reducător. Emisia de N 2 O creste dacă raportul dintre debitul apei oxigenate si debitul de uree are valori mari deoarece astfel se măreste oferta în radicali OH. Sunt posibile reactiile: HNCO + OH NCO + H 2 O NCO + NO N 2 O + CO Pentru instalatiile industriale cu putere termică sub 10 MW, s- au observat emisii de N 2 O între ppm, oricum mai reduse decât în instalatii pilot de laborator, dar cu atât mai mari, cu cât gradul de denoxare este mai ridicat.

47 Emisii secundare nocive Aceasta emisie secundară, carese regăseste deci si în cazul utilizării ureei drept agent reducător, este deosebit de periculoasă. Pericolul nu constă numai în nocivitatea acestui gaz, dar si în faptul că, amoniacul, ajuns în mediul ambiant, dă nastere la săruri de amoniu. Aceste săruri sunt initial gazoase, dar, cu timpul condensează, formând depuneri lipicioase, corozive si foarte greu de înlăturat.

48 Instalatie pentru denoxarea gazelor de ardere cuuree ca agent reducător 1 Rezervor de uree, 2 Rezervor de linistire, 3 Conducta de uree (10 bar), 4 Tablou de comandă, 5 Rezervor de apă, 6 Conducta de apă (10 bar), 7 Ventilator de aer, 8 Arzător, 9 Sistem disjunctor, 10 Cazan cu 3 drumuri de gaze, 11 Lancia deplasabilă pentru injectia ureei, 12 Cos de fum, 13 Aparat de determinare a concentratiei de NO x, 14 Sistem de reglare a pozitiei lanciei, 15 Debitmetre.

49 Schema instalatiei de alimentare si injectie de amoniac în tubul de flacără al unui cazan ABA 1 Cazan ABA, 2 Lance, 3 Reductor de presiune, 4 Vaporizator, 5 Rezervor de amoniac, 6 Ventilator de aer.

50 Tine minte Cazanul românesc ABA este de genul cu tub de flacără si cu functionare pe păcură. Schema este simplă, cuprinzând ca părti principale doar un rezervor de amoniac, ventilatorul de aer si lancea de injectie a amestecului amoniacaer. Aplicarea ei în practică nu ar necesita investitii prea mari, nu pune problema de spatiu suplimentar pentru amplasare (de exemplu pentru un catalizator) si asigură, oricând, revenirea la situatia initială de functionare, în cazul în care procedeul de denoxare trebuie să fie abandonat. Fluidul transportor (FT) al amoniacului este aerul, dar se poate folosi si aburul. Amestecarea amoniacului cu aceste fluide transportoare decurge din necesitatea mentinerii amestecului în lance la temperaturi sub 500 C, deoarece, peste această valoare, amoniacul începe să se descompună în prezenta fierului si eficienta denoxării se reduce drastic.

51 Parametrii cinetici si tehnici care influentează eficienta procedeului SNCR, în cazul arderii păcurii Parametrii cinetici Temperatura în zona de injecţie Timp de staţionare Incărcarea termică a focarului MW/m3 Raportul molar β Conţinutul de oxigen liber în gazele de ardere Concentraţia iniţială de NO Conţinutul de apă al păcurii Parametrii tehnici Fluidul transportor (FT) Raportul NH3/FT în mediul injectat Amestecarea mediului injectat cu gazele de ardere

52 Schema instalatiei experimentale din centrala Riedersbach II 1 Rezervor cu solutie de aree, 2 Bloc de arzătoare, ADA - Aer pentru definitivarea arderii, GR - Gaze de ardere recirculate.

53 Explicatie Solutia de uree, depozitată în rezervor, este aspirată de cele 6 electropompe si injectată prin lancea de o constructie specială, fie în conducta de aer pentru definitivarea arderii (ADA), fie în conductele de gaze recirculate (GR). Trecerea de la injectarea în canalul de aer la injectarea în cel cu gaze recirculate se face automat, functie de sarcina generatorului de abur.

54 Fereastra de temperatură activă pt SCR

55 Catalizatorul selectiv Catalizatorul este asamblat din module tip fagure sau plăci, dispuse în mai multe straturi. In general modulul tip fagure constă dintr-un material ceramic, care contine catalizatorul activ : (TiO 2 V 2 O 5 ) sau (TiO 2 V 2 O 5 WO 3 ). In unele cazuri, masa catalizatorului se prezintă si sub formă de structuri de plăci plate, dispuse la o distantă de 6 mm una de alta. Catalizatorul sistem fagure se fabrică în două variante: cu sectiunea canalului de curgere a gazelor de 6 x 6 mm, atunci când este dispus înainte de PAR; cu sectiunea canalului de curgere de 3,4 x 3,4 mm, atunci când este dispus după REA.

56 Catalizator sub formă de plăci

57 Doua variante sistem high dust, când gazele de ardere nedesprăfuite trec întâi prin catalizator, caz în care electrofiltrul este unul normal, iar instalatia de desulfurare, în cazul în care urmează celei de denoxare, nu va trebui să suporte decât concentratii reduse de amoniac; dezavantajele procedeului constau în gabaritul sporit si durată de viată mai redusă ale catalizatorului, respectiv cenusa contine amoniac; sistem low dust, când amoniacul nu mai ajunge în electrofiltru si regimul de lucru (gabarit si durată) ale catalizatorului sunt îmbunătătite; dezavantajele sunt legate de faptul că electrofiltrul trebuie să functioneze la temperaturi înalte, existând riscul înfundării lui cu sulfat de amoniu si praf fin, iar în statia de desulfurare, în cazul că este amplasată după, va exista o concentratie considerabilă de amoniac.

58 SCR in varianta high dust DP sistem de desulfurare, 1 admisie amoniac, 2 rezervor amoniac lichid, 3 incalzitor, 4 camera de amestec, 5 ventilator aer, 6 duze, 7 convertor catalitic, 8 schimbatoare de caldura, 9 cos fum, 10 ventilator de gaze, 11 filtru electrostatic, 12 focar

59 Reactor SCR in sistem low dust 1 focar, 2 preincalzitor de aer, 3 ventilator de aer, 4 filtru electrostatic, 5 ventilator gaze, 6, 8 schimbatoare de caldura, 7 reactor desulfurare umeda, 9 preincalzitor, 10 reactor DENOX, 11 ventilator gaze, 12 cos, 13 injectie amoniac, 14 economizor

60 Atentie mare Pentru curătirea cenusii ce se depune în timpul functionării generatorului de abur, între diferitele straturi din modulele catalizatoare, se dispun suflătoare de funingine. Dacă gazele de ardere contin oxizi de sulf, atunci se produce asa numitul fenomen de "otrăvire" a catalizatorului si corodarea suprafetelor ulterioare de schimb de căldură. SO 2, sub actiunea catalitică a V 2 O 5, se oxidează în SO 3. Acesta reactionează cu amoniacul, formând sulfatul hidrogenat de amoniu: SO 3 + NH 3 + H 2 O NH 4 HSO 4 Sub 250 C (325 C), acest sulfat se lichefiază, astfel că, în jurul temperaturii de 150 C, pe suprfetele reci, se depune o masă lipicioasă, lichidă. Ea este foarte corozivă si atacă în special preîncălzitorul de aer, determinând corodarea sa accelerată. Suflătoarele de funingine nu au nici o putere de "îndepărtare" a acestei mase lipicioase. Doar spălarea suprafetelor este eficientă.

61 Observatii privind măsurile secundare pentru denoxarea gazelor de ardere Din cele expuse mai înainte rezultă că procedeul SNCR este capabil de a realiza un grad suficient de bun de denoxare a gazelor de ardere, de obicei la nivelul celor pretinse de normele de protectie a mediului înconjurător. Referitor la emisia de noxe secundare (HNCO, N 2 O, CO), procedeul SNCR cu uree s-a dovedit calitativ inferior, în sensul că determină nivele mai înalte de emisii. Avantajele legate de manevrabilitatea usoară, pret scăzut si lipsa unei nocivităti active ale agentului cântăresc însă mult. Gradul de denoxare mai mic, obtinut la folosirea procedeului SNCR în comparatie cu procedeul SCR este compensat de cheltuielile de investitie, care sunt de circa patru până la sase ori mai mici. Constructia instalatiei este simplă, spatiul necesar amplasării este redus.

62 Continuare Pentru cazanele de debit mic si mijlociu, aflate în număr foarte mare în România, se consideră că, în viitorul apropiat, după ce se va aplica legea de protectie a mediului, se poate folosi cu succes tehnica denoxării cu prodcedeul SNCR. Simultan trebuie introduse arzătoare sărace în NO x. Procedeele combinate (primare si secundare) de reducere a oxizilor de azot în gazele de ardere, folosind metode primare si tehnica SNCR, au cele mai mari sanse de aplicare la cazanele energetice romtnesti, atât în actiunea de retehnologizare a acestora, cât si sub aspectul proiectării de noi echipamente.

63 Continuare Desi procedeul SCR permite functional obtinerea unui grad de reducere a oxizilor de azot mai bun decât procedeul SNCR, totusi, din motive financiare, se preferă, de multe ori, cel din urmă procedeu. Din motive de transport si sigurantă, se tinde să se folosească la procedeul SNCR cu uree, în locul amoniacului.