Ocena możliwości pasywnego usuwania rtęci w suchym oczyszczaniu spalin reagentami sodowymi

• Autorzy: Pajdak A. , Łuczkowska D. , Walawska B.

Warianty tytułu

EN

Assessment of the possibilities of passive mercury removal in dry flue gas cleaning with sodium reagents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono efekty wykorzystania pasywnej metody oczyszczania spalin ze związków rtęci emitowanych w procesie spalania. Badania przeprowadzono w instalacji modelowej z cyrkulacyjną warstwą fluidalną, wykorzystując węgiel kamienny jako surowiec. Podczas spalania zastosowano suchą metodę usunięcia kwaśnych zanieczyszczeń gazowych przy użyciu 9 sorbentów sodowych po modyfikacjach. Sorbenty podawano do instalacji w dwóch stosunkach molowych (sodu zawartego w sorbencie do siarki zawartej w paliwie), w strumień gazu o temperaturze 573 K. Na podstawie bilansu zawartości rtęci w stałych substratach procesu spalania (paliwie i sorbencie) oraz w stałych produktach (popiele lotnym i dennym), określono poziom emisji rtęci do atmosfery. Procesowi spalania czystego węgla towarzyszyła emisja rtęci 14,7 μgHg/m3. Podczas oczyszczania spalin z zanieczyszczeń kwasowych uzyskiwano obniżenie stężenia rtęci. Stopień jego obniżenia zależał od zastosowanych sorbentów sodowych, sposobu ich modyfikacji oraz stosunku molowego (2 Na/S = 0,5; 2,1). Każdorazowo podaniu większej ilości sorbentu do instalacji towarzyszyło większe obniżenie poziomu emisji rtęci do atmosfery. W śród reagentów niemodyfikowanych, najniższy poziom emisji uzyskano po użyciu bikarbonatu surowego – 3,7 μgHg/m3, a po użyciu sody oczyszczonej – 9,7 μgHg/m3. Po wykorzystaniu związków na bazie sody oczyszczonej po modyfikacji mechanicznej obniżono emisję Hg w spalinach do 2,5–2,6 μgHg/m3, a po modyfikacji chemicznej do 3,3–5,6 μgHg/m3. Poziomy stężenia rtęci w gazach podczas oczyszczania spalin porównano z dopuszczalnymi poziomami emisji Hg zawartymi w Konkluzjach BAT, odnoszącymi się do dużych obiektów energetycznego spalania. W yniki badań wskazują, że w odniesieniu do wszystkich instalacji istniejących oraz nowych o mocy cieplnej poniżej 300 MW zadowalające efekty przyniosłoby zastosowanie modyfikowanych mechanicznie sorbentów na bazie sody oczyszczonej w stężeniu molowym 2 Na/S = 2,1.

EN

This article presents the effects of the application of the passive method of flue gas purification from mercury compounds emitted during combustion. The research was carried out on a fluidized bed installation using coal. The dry method of acid gas pollutants reduction was applied during the combustion with the use of 9 modified sodium sorbents. They were fed into a gas jet of 573 K in two molar ratios (sodium contained in the sorbent to the sulphur contained in the fuel). The mercury emission level into the atmosphere was determined based on the mercury content in the solid substrates of the combustion process (in the fuel and the sorbent) and the solid products (fly ash and bottom waste). The combustion process was accompanied by mercury emission 14.7 μgHg/m3. During the removal of acid pollutants from fumes, a decrease in mercury concentration was achieved. The degree of the mercury reduction depended on the type the sorbent used, the manner of modification and the molar ratio in which they were fed into the installation (2 Na/S = 0.5; 2.1). Each time, the more the sorbent was fed into the installation, the bigger the reduction of the mercury emission level. Among the unmodified sorbents, the lowest emission level was achieved for the raw bicarbonate – 3.7 μgHg/m3. For baking soda it was 9.7 μgHg/m3. The application of mechanically modified compounds based on baking soda resulted in the reduction of the Hg emission in fumes up to 2.5–2.6 μgHg/m3. The determined mercury concentration levels in the gases during the purification of the fumes were compared with the accepted Hg emissions contained in the BAT conclusions for large combustion plants. As for all of the existing and newly built plants with a heat capacity below 300 MW, satisfactory effects would be achieved by the use of mechanically modified sorbents in the molar concentration of 2 Na/S = 2.1

Słowa kluczowe

PL

wodorowęglan sodu; bikarbonat sodu; usuwanie rtęci; oczyszczanie spalin

EN

sodium bicarbonate; raw bicarbonate; removal of mercury; flue gas purification

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 97
• Strony: 95--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., wykr., tab., zdj.

Twórcy

autor

Pajdak A.

• Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Łuczkowska D.

• Instytut Nowych Syntez Chemicznych, Oddział Chemii Nieorganicznej „IChN” w Gliwicach, Gliwice

autor

Walawska B.

• Instytut Nowych Syntez Chemicznych, Oddział Chemii Nieorganicznej „IChN” w Gliwicach, Gliwice

Bibliografia

• 1. Barrett i in. 1951 – Barrett, E.P., Joyner, L.G. i Halenda, P.P. 1951. The determination of pore volume and area distribution in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. Journal of the American Chemical Society t. 73, s. 373–380.
• 2. Bujny i in. 2012 – Bujny, M., Burmistrz, P., Gruszka, S., Janicki, W., Kogut, K. i Strugała, A. 2012. Instalacja demonstracyjna do monitorowania i redukcji emisji rtęci ze spalania węgla kamiennego w kotłach pyłowych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 15, z. 4, s. 161–173.
• 3. Czakiert i in. 2010 – Czakiert, T., Sztekler, K., Karski, S., Markiewicz, D. i Nowak, W. 2010. Oxy–fuel circulating fluidized bed combustion in a small pilot-scale test rig. Fuel Processing Technology t. 91, s. 1617–1623.
• 4. Dyrektywa 2001/80/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2001 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza z dużych obiektów energetycznego spalania. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej 15/t. 6PL.
• 5. Dyrektywa 2010/75/UE Parlamentu Europejskiego i Rady UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola). Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej L334/17 PL.
• 6. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady UE 2015/2193 z dnia 25 listopada 2015 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza ze średnich obiektów energetycznego spalania.
• 7. Dziok i in. 2014 – Dziok, T., Strugała, A., Rozwadowski, A. i Okońska, A. 2014. Wpływ wybranych parametrów procesu termicznej obróbki węgla na skuteczność usuwania rtęci. Przemysł Chemiczny 93/12, s. 2034–2037.
• 8. Głodek, A. 2012. Emisja rtęci do powietrza – uwarunkowania. Ecomanager nr 9.
• 9. Głodek, A. i Pacyna, J.M. 2009. Mercury emission from coal-fired power plants in Poland. Atmospheric Environment 43.
• 10. Kaliski i in. 2014 – Kaliski, M., Sikora, A.P. i Szurlej, A. 2014. Węgiel kamienny w polityce energetycznej Polski. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 3, s. 7–18.
• 11. Klobes i in. 2006 – Klobes, P., Meyer, K. i Munro, R.G. 2006. Porosity and Specific Surface Area Measurements for Solid Materials. NIST Recommended Practice Guide, NIST, Special publication.
• 12. Lorenz, U. i Grudziński, Z. 2007. Zawartość rtęci jako potencjalny czynnik ograniczający wartość użytkową węgla kamiennego i brunatnego. Górnictwo i Geoinżynieria t. 31, z. 3/1, s. 335–349.
• 13. Łuczkowska, D. i Walawska, B. 2015. Ograniczanie emisji rtęci ze spalania węgla w kotłach fluidalnych za pomocą modyfikowanych sorbentów sodowych. Przemysł Chemiczny t. 94, z. 7, s. 1196–1199.
• 14. Okońska i in. 2013 – Okońska, A., Uruski, Ł., Górecki, J. i Gołaś, J. 2013. Metodyka oznaczania zawartości rtęci całkowitej w węglach energetycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 2, s. 39–49.
• 15. Olkuski, T. 2007. Porównanie zawartości rtęci w węglach polskich i amerykańskich. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 10, z. 2, s. 602–611.
• 16. Pajdak, A. i Walawska, B. 2016. Zastosowanie modyfikowanych sorbentów sodowych w oczyszczaniu spalin z SO2 i HCl z elektrowni i elektrociepłowni w świetle polityki energetycznej Unii Europejskiej. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 16, z. 2, s. 135–148.
• 17. Pyka, I. i Wierzchowski, K. 2010. Problemy z rtęcią zawartą w węglu kamiennym. Górnictwo i Geoinżynieria t. 34, z. 4/1, s. 241–249.
• 18. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2014 r. w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów. Dziennik Ustaw 2014, poz. 1546
• 19. Wichliński i in. 2013 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2013. The investigation of mercury contents in polish coal samples. Archives of Environmental Protection t. 39, z. 2, s. 141–150.
• 20.Wichliński i in. 2014a – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2014a. The release of mercury from polish coals during thermal treatment of fuels in a fluidized bed reactor. Fuel Processing Technology 119.
• 21. Wichliński i in. 2014b – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2014b. Możliwości usuwania rtęci ze spalin w urządzeniach do oczyszczania gazów. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 4, s. 317–328.
• 22. Wichliński i in. 2015 – Wichliński, M., Kobyłecki, R. i Bis, Z. 2015 – Niskotemperaturowa obróbka termiczna węgli wzbogaconych i niewzbogaconych w celu obniżenia zawartości rtęci. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 18, z. 4, s. 113–124.
• 23. Zarzycki, R. i Wichliński, M. 2014. Koncepcja procesu ograniczania emisji rtęci ze spalania węgla w kotłach fluidalnych. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 17, z. 4, s. 303–315.
• Źródła internetowe:
• 24.http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/LCP_FinalDraft_06_2016.pdf [Dostęp: 1.07.2017].
• 25. http://www.cctw.gig.eu/pl/projekty-i-inicjatywy-badawcze/baza-hg.html [Dostęp: 1.07.2017].
• 26. http://www.cire.pl/item,145879,14,0,0,0,0,0,nowe-konkluzje-bat-dla-lcp-przyjete.html [Dostęp: 1.07.2017].
• 27. http://www.nettg.pl/news/136281/gig-rtec-w-weglach-zagrozeniem [Dostęp: 1.07.2017].
• 28. https://ippc.mos.gov.pl/ippc/?id=148 [Dostęp: 1.07.2017].

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).