PÅednÃ¡Å¡ka odsiÅovÃ¡nÃ 2012-13

Odsiřování 

Ochrana ovzduší 

ZS 2012/2013 

1

Úvod 

• Produkce emisí SO 2 

– antropogenní zdroje: 

• zejména spalování fosilních paliv obsahujících síru 

• různé průmyslové procesy 

– přírodní zdroje: 

• bakteriální činnost, vulkanická činnost, požáry vegetace, 

aerosoly z mořské tříště 

2

Oxid siřičitý SO 2 a oxid sírový SO 3 

Oxid siřičitý 

• Bezbarvý, nehořlavý plyn se štiplavým zápachem 

• M mol,SO2 = 64,06 kg/kmol 

• V mol,SO2,N = 21,89 m 3 /kmol 

• ρ SO2,N = 2,93 kg/m 3 

• Čichový práh 

• V ovzduší přechází na oxid sírový SO 3 

– bezbarvý plyn 

– ρ SO3,N = 1,995 kg/m 3 

3

Oxid siřičitý SO 2 a oxid sírový SO 3 

• Hydratace vzdušnou vlhkostí 

• Oxidy síry – součást „londýnského smogu“ 

Zdravotní účinky SO 2 

• akutní 

• při dlouhodobé expozici a vyšších koncentracích 

Negativní účinky SO 2 

4

Legislativa 

Imise (dle zákona č. 201/2012 Sb.) 

• Imisní limity pro SO 2 jako součást limitů pro ochranu zdraví 

• Imisní limit pro ochranu ekosystémů a vegetace 

Emise (dle zákona č. 201/2012 Sb.) 

• Emisní limity – obecné 

– specifické 

• E.L. budou vydány vyhláškou MŽP 

• Dle předchozí legislativy: 

– pro ZV, V a S zdroje 

– podle druhu paliva 

– podle data uvedení do provozu 

5

Emise SO 2 

• Významný pokles v 90. letech min. století 

• Po r. 2000 okolo 220 kt/rok 

• V r. 2008: 174 kt, většina jsou emise ze stacionárních zdrojů, 

hlavně ZV a V 

6

• Vznik emisí 

Metody snižování emisí síry 

• S → SO 2 → SO 3 (2%) 

• Při spalování tuhých paliv – většina S přechází na SO 2 

• Při spalování kapalných a plynných paliv – veškerá S přechází 

na SO 2 

• Závislost množství emisí na měrné sirnatosti paliva 

S 

m 

( g 

síry 

S 

/ MJ ) = 

Q 

r 

p 

(%) ⋅10 

( MJ 

/ kg) 

• ČR H.U.: S p = 0,5 až 1,4 %, Q r = 10 až 20 MJ/kg, 

S m = 0,4 až 1,3 g síry /MJ 

7

Metody snižování emisí síry 

• Požadavky na kvalitu paliv z hlediska ochrany ovzduší pro M 

a S zdroje 

• Primárně – snižování spotřeby paliv 

• Základní způsoby odsíření spalin: 

• spalování nízkosirnatých paliv 

• odsiřování uhlí 

• odsiřování spalin 

8

Odsiřování uhlí 

• Problematické 

• Metody: 

– mechanické 

– chemické 

– biologické 

• Síra je v uhlí ve 3 formách: 

– pyritická 

– síranová 

– organická 

9

Mechanické postupy 

• Separace pyritické síry 

Chemické postupy 


• Převedení uhlí do kapalné nebo plynné fáze a následné snížení 

obsahu S 

Biologické postupy 

• Loužení uhlí vodou 

• Snižování obsahu pyritické síry pomocí bakterií 

• Nevýhody 

• Obecně – nízká účinnost, komplikované, drahé, nevyužívají se 

10


Tlakové zplyňování uhlí 

• Chemický postup 

• Tlakové zplyňování uhlí kyslíkem a vodní párou v tlakovém 

generátoru 

• Produktem energoplyn 

• Využití energoplynu 

• Tlaková plynárna ve Vřesové 

– 26 tlakových generátorů se sesuvným ložem Lurgi 

– paroplynový dvojblok o výkonu 2 x 185 MW 

11

• Tlaková plynárna ve Vřesové 


12

Odsiřování spalin 

• Jediná široce aplikovaná metoda 

• Nezbytná pro dodržení E.L. 

• Charakteristické rysy odsiřování 

13


• Řada způsobů odsiřování 

• Dělení podle hlediska regenerace činidla: 

– metody regenerativní 

– metody neregenerativní 

• Dělení podle hlediska fáze: 

– suché metody 

– polosuché metody 

– mokré metody 

• Dělení podle hlediska místa procesu odsiřování: 

– odsiřování přímo v kotli 

– odsiřování za kotlem 

14


• Kritéria pro výběr odsiřovací metody: 

– splnění emisních limitů, 

– složitost technologie, 

– prostorová náročnost, 

– provozní spolehlivost, 

– investiční a provozní náklady, 

– vyřešení problematiky likvidace produktu odsiřování 

15

Suchá aditivní vápencová metoda 

• Nástřik suchého aditiva do ohniště nad zónu plamene 

• Aditiva: 

– CaCO 3 

– CaMg(CO 3 ) 2 

– CaO 

• Kalcinace vápence 

– při t = 900 °C 

• Reakce CaO s SO 2 

– při t = 600 až 1000 °C 

CaO + SO 

1 

2 

+ 2 O2 

→ CaSO4 

CaCO → CaO + 

CaO 

CaSO 

3 

CO 2 

+ SO 2 

→ CaSO 3 

1 

3 

+ 2 O2 

→ CaSO4 

16

• Schéma 


• CaSO 4 – odloučen s popílkem v EO 

• Účinnost závisí na: t, τ, jemnosti mletí, a 

a = 

M 

M 

CaO 

CaO,min 

17


• Účinnost odsiřování η SO2 

η 

SO 

2 

= 

C 

SO , výstup 

2 

( bez odsirovani) − CSO 

( s odsirovanim) 

2 , výstup 

C ( bez odsirovani) 

SO , výstup 

2 

• Při obvyklém a = 2 je η SO2 = maximálně 50 % 

• Výhody 

• Nevýhody 

18

• Využití 


• Schéma – el. Tisová I (do r. 1997) 

19

Fluidní spalování s aditivy 

• Fluidní kotle – vyšší účinnost suché aditivní metody 

• Vhodná pracovní teplota 850 °C 

• Dostatečná doba setrvání aditiva 

• Výhody 

• Nevýhody 

20


• Kotle se stacionární fluidní vrstvou 

– Citlivé na zrnitost aditiva 

– η SO2 = 60 % při a = 2 

• Kotle s bublající fluidní vrstvou 

– vyšší η SO2 

• Kotle s cirkulující fluidní vrstvou 

– nejdokonalejší 

– horký primární odlučovač 

– η SO2 = 80 až 85 % při a = 1,5, η SO2 = přes 90 % při a = 2 

21


• Kotel s cirkulující fluidní vrstvou a přidáváním aditiva 

22

Intenzifikace suché aditivní metody 

• Schopnost hydratovaného CaO, tj. Ca(OH) 2 vázat SO 2 při 

nízkých teplotách blízkých rosnému bodu t r 

• Teplota spalin na výstupu z odsiřovací komory – alespoň o 

10°C vyšší než t r 

V – výstup 

blízko φ = 1 ∆t r 

=& 

∆t ad 

23


• Odsiřovací komora 

CaO + 

O → Ca( ) 2 

( OH ) 

2 

→ CaSO3 

H O 

( OH ) + 

1 O → CaSO H O 

H 2 

OH 

SO2 + Ca 

+ 

2 

SO2 + Ca 

2 2 

4 

+ 

2 

2 

( OH ) → CaSO H O 

SO3 + Ca 

4 

+ 

2 

2 

• Suché produkty 

24


25


• Recyklace nezreagovaného CaO 

• Suchá a mokrá recyklace 

• LIFAC (fa Tampella) 

suchá recyklace suchá a mokrá recyklace 

26


• Účinnost odsiřování je silně závislá na rozdílu mezi t spalin a t r 

• Řízení teploty 

• η SO2 = 75 až 80 % při a = 2 

27

Polosuchá (mokrosuchá) vápenná metoda 

• Rozprašovací sušárna 

• Nástřik vodní suspenze Ca(OH) 2 

Reaktor od fy 

Niro Atomizer 

s rotačním rozprašovačem 

28


• Aditivum: 

– CaO 

– Ca(OH) 2 

• Reakce: SO2 + Ca( OH ) 

2 

→ CaSO3 

+ H 

2O 

SO2 + Ca OH + 

1 2 O2 

→ CaSO4 

+ H 

2 

( ) 

2 

O 

( OH ) → CaSO H O 

SO3 + Ca 

4 

+ 

2 

2 

• Výborná účinnost při odstraňování chlorovodíku HCl a 

flurovodíku HF 

• η HCl, HF = přes 90 % při a = Ca : HCl (HF) = 1 

( OH ) 

2 

→ CaCl2 

+ 2 H O 

( OH ) → CaF + H O 

HCl + Ca 

2 

HF + Ca 

2 2 

2 

2 

29


• Produkt 

• Omezená využitelnost 

Účinnost odsiřování 

• Tím vyšší, čím je t výstup blíže t ad 

• Vyšší lepivost 

∆t ad = 10 až 20 °C 

• Recirkulace produktu 

• η SO2 = 75 % při a = Ca:S = 1,5 

• η SO2 = 80 % při a = Ca:S = 1,7 

30


• Účinnost odsiřování 

• Nebezpečí kondenzace spalin za reaktorem 

• Koncový odlučovač 

31


Schéma 

32


• Využití 

• Výhody 

• Nevýhody 

33

Mokrá vápencová vypírka 

• V současnosti nejužívanější metoda při odsiřování velkých 

zdrojů 

• Vývoj – rozdělení podle produktu 

– získávání využitelného energosádrovce CaSO 4·2H 2 O 

– získávání nevyužitelného kalu 

34


• SO 2 se vypírá vodní suspenzí uhličitanu vápenatého CaCO 3 

nebo vodní suspenzí vápna Ca(OH) 2 

SO + 

SO H 

2 

2 

+ CaCO3 

→ CaSO3 

CO2 

2 

+ Ca OH 

2 

→ CaSO3 

+ 

( ) O 

• Další reakce CaSO 3 

CaSO3 + SO2 

+ H 

2O 

→ Ca HSO 

3) 

2 

+ CaCO3 

→ 2 

( 

3 

) 2 

Ca ( HSO 

CaSO + H O + CO 

• Oxidace CaSO 3 a Ca(HSO 3 ) 2 při pH opt = 5 až 6, při nižším pH 

vyšší tvorba úsad 

CaSO3 + 2 H 

2O 

+ 

1 2 O2 

→ CaSO4 

⋅ 2 H 

2O 

Ca HSO + 2 H O + 

1 O → CaSO ⋅ H O + H SO 

( 

3 

) 

2 2 2 

4 

2 

2 2 3 

2 

3 

2 

2 

35


• Sumární vyjádření procesu: 

SO 2 H O + CO 

1 

2 

+ CaCO3 

+ 2 O2 

+ H 

2O 

→ CaSO4 

⋅ 2 

2 

2 

• Sorbernt 

– většinou vápenec CaCO 3 

– mletí 

• Aditiva 

36


• Účinnost odsiřování η SO2 = 95 % a více při 

a = CaCO 3 : SO 2 = 1,02 až 1,07 

• Účinné zachytávání HCl a HF s účinností nad 90 % 

2 HCl + CaCO3 

→ CaCl2 

+ CO2 

+ H 

2O 

2 HF + CaCO3 

→ CaF2 

+ CO2 

+ H 

2O 

• Proces odsíření v absorbéru 

• Úprava spalin 

• Nutná ochrana proti korozi 

37


Protiproudý bezvýplňový absorbér 

• Nejčastější 

• Vstup spalin ve spodní části nad jímkou absorbéru 

• Absorpční zóna 

• t opt = 60 °C, chlazení spalin 

• Odlučovač kapek 

• Jímka absorbéru 

– oxidační zóna 

– neutralizační zóna 

38


Protiproudý bezvýplňový absorbér Babcock & Wilcox 

39


Souproudý absorbér 

• Menší rozměry 

• Přívod spalin a absorpční suspenze vrchem absorbéru 

• Umělohmotná výplň 

40


Souproudo-protiproudý absorbér 

• Kombinace protiproudého a souproudého absorbéru 

Absorbér SHL 

41


Tryskově-bublinový absorbér 

• Přívod spalin do absorpční suspenze řadou trubek 

• Tvorba bublin a pěny 

42


Protiproudý absorbér se dvěma okruhy 

• Hasicí okruh 

• Absorpční okruh 

protiproudý 

43


Ochlazení neodsířených a dohřev odsířených spalin 

• Regenerativní výměníky tepla 

• Rekuperativní výměníky tepla 

• Menší zdroje – ve výměníku tepla vnějšími zdroji 

Chladicí věže s přirozeným tahem 

• Bez dohřevu spalin, spalinového ventilátoru a komína 

• Odpar skrápěcí vody 

44


• Regenerativní výměník tepla (REGAVO) 

45


• Rekuperativní výměník tepla (EKOGAVO) 

46


• Produkt: energosádrovec CaSO 4·2H 2 O 

• Odvod z jímky absorbéru → hydrocyklóny → pásové n. 

bubnové filtry → dosušení → příp. briketování 

• Využití 

• Výroba sádry CaSO 4·½H 2 O 

– kalcinací 

CaSO H O CaSO 

1 

H O 

3 

4 

⋅2 

2 

↔ 

4 

⋅ 2 2 

+ 2 H 

2O 

– využití ve stavebnictví 

47


• Problém tvorby úsad a nánosů 

• Nánosy – měkké 

– tvrdé 

• Odstraňování 

• Omezení vzniku – konstrukce, technologie 

48


Výhody 

Nevýhody 

49

Schéma 


50


Schéma odsiřování v el. Chvaletice s chladicími věžemi 

51


• Nejrozšířenější metoda odsiřování 

• V ČR využití technologií řady firem 

Parametry odsiřovacího zařízení elektrárny Chvaletice 

počet a výkon odsiřovaných bloků 

počet absorbérů 

objem spalin do jednoho absorbéru 

obsah SO 2 

v nevyčištěných spalinách 

koncentrace popílku na vstupu do absorbéru 

obsah SO 2 

v čistých spalinách 

koncentrace TZL v čistých spalinách 

účinnost odsíření 

4 x 200 MW e 

2 

583 200 až 2 174 400 Nm 3 /h 

7 000 mg/Nm 3 

max. 200 mg/Nm 3 

garantováno 400, běžně do 200 mg/Nm 3 

garantováno 50, běžně do 20 mg/Nm 3 

94,3 % a vyšší 

52

Odsiřování 

Způsob odsíření z kotlů Skupiny ČEZ 

elektrárna 

Elektrárna Dětmarovice 

Elektrárna Hodonín 

Elektrárna Chvaletice 

Elektrárna Ledvice 

Elektrárna Mělník II 

Elektrárna Mělník III 

Elektrárna Počerady 

Elektrárna Poříčí II 

Elektrárna Prunéřov I 

Elektrárna Prunéřov II 

Elektrárna Tisová I 

Elektrárna Tisová II 

Elektrárna Tušimice II 

bloky 

4 x 200 MW 

50 MW, 55 MW 

4 x 200 MW 

3 x 110 MW 

2 x 110 MW 

500 MW 

5 x 200 MW 

3 x 55 MW 

4 x 110 MW 

5 x 210 MW 

2 bloky pro 

3 x 57 MW + 1 x 12,8 MW 

112 MW 

4 x 200 MW 

metoda odsiřování 

mokrá vápencová 

fluidní spalování 


2 x polosuchá metoda 

1 fluidní kotel 










53

• Regenerace činidla 

• Malé rozšíření 

Regenerativní metody 

Natrium-sulfitová metoda (metoda Wellmann-Lord) 

• Reakce v absorbéru 

Na 

2SO3 

+ SO2 

+ H 

2O 

→ 2 NaHSO3 

• Regenerace 

• Využití SO 2 

• Vstupní suroviny: NaOH nebo Na 2 CO 3 

• Nejrozšířenější regenerativní metoda 

• Výhody 

• Nevýhody 

54


Schéma natrium-sulfitové metody 

55


Magnezitová metoda 

• Vypírka SO 2 ve vodní suspenzi MgO 

• Reaktor za odlučovačem popílku 

• Konečný produkt MgSO 3 

– rozklad při vysokých T 

• Nežádoucí produkt MgSO 4 

• Výhody 

• Nevýhody 

56

Katalytické metody 

• Suché metody 

• Regenerativní i neregenerativní 

• Katalytická oxidace SO 2 na SO 3 

• Výhody 

• Nevýhody 

• Většinou v kombinaci s denitrifikací spalin 

57


Proces Cat-ox 

• Oxidace SO 2 na SO 3 na katalyzátoru V 2 O 5 při T = 450 °C 

• Vypírání SO 3 kyselinou sírovou v absorbéru 

58

Proces Haldor-Topsøe 


• Oxidace SO 2 na SO 3 na katalyzátoru V 2 O 5 

• Při chlazení kondenzována kyselina sírová ve skleněném 

chladiči 

Proces Kyioura, proces Chiyoda 

59

Adsorpční metody 

• Suché metody 

• Adsorpce SO 2 na aktivním uhlí nebo koksu 

• Většinou regenerace činidla 

• Proces Sulfacid, proces Bergau-Forschung 

60

PÅednÃ¡Å¡ka odsiÅovÃ¡nÃ­ 2012-13

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

PÅednÃ¡Å¡ka odsiÅovÃ¡nÃ 2012-13