Transcript Document

Technical University in Zvolen
Faculty of Ecology and Environmental Sciences
Department of Environmental Engineering
T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen
Matej Bel University Banská Bystrica
Faculty of Natural Sciences
Department of Environmental Management
Tajovského 40, 960 53
[email protected]
[email protected]
Cieľom predloženého príspevku je
poukázať na potrebu dodržiavania
emisných limitov pri spracovaní dreva
a odpadovej biomasy pyrolýzou.
Pri termických spôsoboch zhodnocovania
organických surovín, vždy dochádza
k chemickým zmenám pôvodného zloženia.
Pyrolýza
• olej
• tuhý zvyšok
• plyn
Splynovanie
• syntézny plyn
využíva energeticky
• priamo spaľovaním
• po čistení a preprave plynovým
potrubím na mieste určenia
Spaľovanie
termická-oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií
Princíp retorty
plyny
plášť retorty
drevo
priamy ohrev
nepriamy ohrev
buď / alebo
spaľovanie plynov
Principiálne možnosti využitia tepla
pri výrobe dreveného uhlia
Systém s vnútorným ohrevom
PLYN
DECHT
DREVENÉ UHLIE
PALIVO
VZDUCH
Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP a
priamym vstupom spalín do reaktora
Systém s vonkajším ohrevom
PALIVO
Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP
VZDUCH
PLYN
VZDUCH
PLYN
DECHT
DREVENÉ UHLIE
C
a nepriamym vstupom
spalín do reaktora
C
PLYN
PALIVO
PLYN
DECHT
DREVENÉ UHLIE
PALIVO
PLYN
DECHT
DREVENÉ UHLIE
Podľa teploty môžeme pyrolýzu rozdeliť
> 800°C
vysokoteplotná pyrolýza
400 – 800°C stredneteplotnú pyrolýzu
250 – 400°C nízkoteplotná pyrolýza
180 – 250 °C
torifikácia
Zmeny v organickej hmote
do 150°C
sušenie, tvorba vodnej pary odparujú sa veľmi ľahko PL
150 - 250 °C
uvoľňuje sa zo zložiek organickej hmoty chemicky
viazaná voda a veľmi slabo viazané bočné reťazce
250 - 500 °C
odštiepenie bočných reťazcov z vysokomol. látok
rozkladajú sa zložky organickej hmoty a prechádzajú do
plynnej fázy (pyrolýzny plyn),
kvapalnej olejovitej fázy a zlúčenín charakteru dechtov
(pyrolýzny olej)
tuhého uhlíkatého zvyšku (pyrolýzny koks)
500 – 800 °C
800 – 1200 °C
nad 1200°C
z kvapalnej aj tuhej frakcie vznikajú jednoduché plynné
látky, prevažne H2, CO a CH4 (splynovanie)
ďalšie štiepenie uhľovodíkov, čo už vedie k nižšej
výhrevnosti pyrolýzneho plynu, ale vyšším výťažkom
tavia sa anorganické zložky O a môže vznikať troska.
Zaniknutá história výroby dreveného uhlia
na Strednom Slovensku
(Konečná, Bakošová 2011)
Súčasné milierstvo
v Nemecku ako projekt
rozvoja vidieka
Bad Kohlgrub
Tradičné výroby dreveného uhlia
EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov
EL pre výrobu dreveného uhlia
EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho
plynu a oleja
EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja
v spaľovacom motore
EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov
1
Emisie sú vzťahované na referenčné podmienky:
• teplota 273 K (0°C),
• tlak 101,3 kPa,
• suchý plyn,
• obsah kyslíka v spalinách 11%obj., (s výnimkou pre spaľovanie
odpadového oleja, kde je obsah kyslíka, 3%obj.).
Emisné limity pre oxid uhoľnatý
(a) 50 mg.mn-3 ako priemerná denná hodnota;
(b) 100 mg.mn-3 ako priemerná hodinová hodnota;
(c) 150 mg.mn-3 najmenej 95 % všetkých hodnôt určených ako
10 minútové priemerné hodnoty v intervale 24 hodín.
EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov
Tab. 1
Priemerné hodinové hodnoty
Znečisťujúca látka
Prchavé organické látky
celkový organický uhlík
vyjadrené
ako
c [mg.mn-3]
20
Tuhé znečisťujúce látky
30
HCl
30
HF
2
SO2
300
Dioxíny (vzorkované 6-8 h)
0,1 ng.m-3
Poznámka: Nie je dovolené zrieďovať spaliny, aby sa neprekračovali EL.
2
EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov
3
Pre kovy, vrátane kovu vo forme plynu alebo pary, sú určené tieto
EL (vzorkovanie medzi 0,5 až 8 h):
• Cd, Tl (ako súčet koncentrácií)
0,05 mg.mn-3
• Hg
0,05 mg.mn-3
• Sb, As, Cr, Co, Cu, Pb, Mn, Ni, Sn,
(ako súčet koncentrácií)
0,5 mg.mn-3
Emisie zápachu z procesu nesmú byť detegovateľné mimo
hraníc, kde sa proces realizuje.
S výnimkou 5 minútového štartu zariadenia zo studeného
stavu nesmie byť viditeľný dym.
EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov
Fugitívne a neočakávané emisie, napr.:
• Tuhé znečisťujúce látky a zápach počas nakladania so
surovinou, popolčekom a škvarou.
• Fugitívne emisie z tesnení, dverí a potrubí.
• Straty prchavých organických látok počas skladovania,
plnenia a vyprázdňovania nádrží s rozpúšťadlami a i.
4
1
EL pre výrobu dreveného uhlia
EL pre nové zariadenia, podmienky platnosti EL:
• štandardné stavové podmienky, vlhký plyn v prepočte na
referenčný kyslík 17 %.
EL pre nové zariadenia pre výrobu dreveného uhlia
Projektovaná kapacita výroby
dreveného uhlia
[kg.d-1]
< 1 000
≥ 1 000
EL [mg.m-3]
TZL
50
50
CO
800
800
TZL – tuhé znečisťujúce látky
TOC – organické látky vyjadrené ako celkový organický uhlík
TOC
100
50
EL z pyrolýzy biomasy
s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja
1
§ 19 ods. (2) vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z.
špecifické požiadavky tejto časti sa neuplatňujú na zariadenia
na splyňovanie a pyrolýzu O,
ak plyny získané takýmto tepelným spracovaním O sú vyčistené
do takej miery,
že pred spaľovaním už nie sú ODPADOM
a zodpovedajú požiadavkám na kvalitu palív podľa príslušnej
vyhlášky o kvalite palív k zákonu o ovzduší,
a pri spaľovaní nemôžu spôsobovať vyššie a iné emisie, ako sú
ustanovené emisné limity a technické požiadavky pre spaľovanie
zemného plynu.
EL z pyrolýzy biomasy
s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja
2
V opačnom prípade, ak sa pyrolýzne plyny nečistia, ale spaľujú
v zariadení na spaľovanie palív, potom sa na daný prípad môžeme
pozerať ako na spaľovanie daného paliva.
Teda EL sa uplatňujú ako pre spaľovanie biomasy (tab. 3).
Tab. 3 EL pre spaľovanie biomasy
Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O2ref: 11 % objemu
Podmienky
platnosti EL
EL pre ďalšie ZL sa neustanovujú a neuplatňujú sa ani všeobecne platné EL. Pritom však
treba využiť dostupné opatrenia s ohľadom na primeranosť nákladov na obmedzenie ich
emisií.
Pre špecifické technológie na nepriamy procesný ohrev, ako sú pekárenské cyklotermické
pece, téglikové taviace pece a ohrevy taviacich vaní, kde konštrukčné riešenie zariadenia
umožňuje iba obmedzene ovplyvniť vznik emisií, správny orgán môže určiť miernejšie EL
individuálne.
Na spaľovacie zariadenie, ktoré je podľa povolenia alebo dokumentácie používané výlučne
na núdzovú prevádzku, ak je jeho prevádzka ≤ 240 h/rok, sa EL neuplatňujú. Emisie z
takéhoto zariadenia musia zodpovedať technickej požiadavke.
MTP [MW]
Emisný limit [mg/m3]
od
do
TZL
SO2
NOx
CO
TOC
Spaľovacie s vydaným povolením do 31. decembra 2010
≥ 0,3
≤7
150, 2501)
650
850
50, 1001)
>7
150
650
250
50
Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2011 do 31. decembra 2013
≥ 0,3
<1
150
350
400
50
≥1
<5
150
350
250
20
2
≥5
< 10
50
350
150, 250 )
20
≥ 10
50
350
150
20
Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2014
≥ 0,3
<1
150
350
400
50
≥1
<5
150
350
250
20
2
≥5
< 10
50
350
150, 250 )
20
≥ 10
20
350
150
20
1)
Platí pre zariadenia s vydaným povolením do 31. augusta 2009. 2) Platí pre spaľovanie slamy.
EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja1
v spaľovacom motore
Ak pyrolýzny plyn a pyrolýzny olej vyrobených z odpadov
sú vyčistené do takej miery, že zodpovedajú
požiadavkám na palivá a pri ich spaľovaní v spaľovacom
motore nevznikajú významnejšie emisie ako zo
spaľovania palív, môžeme hovoriť o konci odpadu a na
tieto prípady sa vzťahujú EL pre spaľovacie motory
podľa vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z. sú uvedené
v tab. 4.
Tab. 4 EL pre spaľovanie v piestových spaľovacích motoroch
Podmienky platnosti EL
Typy motorov
Vznetové (dieselové) motory
Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O2ref: 5 % objemu
Pre zariadenie používané výlučne na núdzovú prevádzku, ak je v prevádzke < 500
h/rok, sa emisné limity neuplatňujú.
Všeobecné emisné limity sa neuplatňujú okrem všeobecných emisných limitov pre
tuhé anorganické znečisťujúce látky zaradené v 2. skupine, ktoré platia, ak sa emisné
limity pre TZL dosahujú odlučovaním.
MTP [MW]
Emisný limit [mg.m-3]
od
do
TZL
NOx
CO
Formaldehyd1)
≥ 0,3
<3
202), 1303) 1 000, 4 0004)
650
60
≥3
<5
202), 1303) 500, 2 0004)
202) 5), 1303) 500, 6006)
<1
201), 1302)
202)5), 1303)
202)
205), 130
≥5
Zážihové (plynové) motory
Dvojpalivové
motory
Plynné palivá
Kvapalné palivá
≥0,3
≥1
≥1
≥1
500, 8007)
2508), 5009)
500
600
650
650
60
60
650, 1 3003)
650, 1 3003)
650, 1 3003)
650, 1 3003)
60
60
60
60
1) Platí na spaľovanie bioplynu; pre zariadenia povolené do 1. januára 2013 platí od 1. januára 2016.
2) Platí na spaľovanie plynných palív v zriadeniach povolených od 1. januára 2014; pre ZPN z verejnej distribučnej siete
a skvapalnené uhľovodíkové plyny sa špecifický emisný limit neuplatňuje.
3) Platí na spaľovanie kvapalných palív povolené do 31. decembra 2013.
4) Platí pre spaľovacie zariadenia s povolením vydaným do 31. augusta 2009.
5) Platí pre zariadenia na spaľovanie kvapalných palív povolené od 1. januára 2014.
6) Platí pre motory s MTP (5 – 20) MW s rýchlosťou otáčok ≤ 1200 rpm spaľujúce ťažký vykurovací olej a kvapalné
biopalivá/oleje.
7) Platí pre dvojtaktné motory.
8) Platí pre motory spaľujúce chudobnú zmes paliva.
9) Platí pre motory spaľujúce štandardnú zmes paliva a obohatenú zmes paliva, ktoré sú vybavené katalyzátorom.
RETORTY
• objem 4 - 12 m3
• priemer 2,4 m a výška 2,65 m
• drevo priemer 8 až 20 cm
• obsahu vody okolo 25 %
Parametre OP z retorty o objeme 12 m3
s pôvodným systémom spaľovania pyrolýznych plynov
(s približným rozpätím hodnôt)
Parameter a rozmer
Prietok plynu za prevádzkových podmienok [m3.h-1]
Hodnota
7200 ± 720
Prietok plynu za norm. podmienok (0 °C, 101,325 kPa) [m3.h-1] 2630 ± 263
Prietok plynu za norm. pod. v prepočte na suchý plyn [m3.h-1]
2440 ± 244
Fiktívna vlhkosť [kg.m-3]
0,05 ± 0,04
Teplota v komíne (v mieste merania emisií) [oC]
530 ± 80
Priemerná polhodinová koncentrácia kyslíka [%]
12 ± 4
VÝVOJ MALEJ RETORTY SO ZNÍŽENÝMI EMISIAMI
RETORTA
• Objem 2 m3
1. fáza ohrev a sušenie
(6 h, t = 250-450°C)
2. fáza karbonizácia
(4 h, t = 450-600°C)
Koncept hybridnej retorty typu ADAM
Fáza I.: Ohrev a sušenie dreva
K1
pohľad
zo zadnej strany
Fáza II.:
Vývoj a spaľovanie
pyrolýznych plynov
K2
K2
K1
K1
K2
pohľad
z prednej strany
Pôdorys retorty
so znázornením prúdenia
spalín pod retortou
K1
K2
prúdenie pyrolýznych plynov v retorte
prúdenie spalín v retorte
drevo
Čistenie PP je možné viacerými technikami. Všetky známe
techniky znižovania emisií PP s výnimkou popísaného spôsobu
by znamenali mnohonásobné prekročenie investičných
a prevádzkových nákladov na vlastnú technológiu a preto ich
z hľadiska primeranosti nákladov nemôžeme považovať za
akceptovateľné pre zdroje tejto kapacity.
Pre zabezpečenie minimalizácie emisií TOC sme navrhli
dostavbu dopaľovacieho reaktora:
•Predĺžiť zdržný čas plynov.
•Okrem toho zmenou smerov prúdenia spalín (zvýšením
turbulencie) je potrebné zabezpečiť lepšie vzájomné
premiešavanie sa plynov pri dohorievaní.
•Na základe merania optimalizovať prívod sekundárneho
spaľovacieho vzduchu.
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu
a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0353-11
„Návrh a realizácia pilotnej retorty so zníženými emisiami na
výrobu biouhlia pre marginálne zóny a overovacie aplikácie“.
Technical University in Zvolen
Faculty of Ecology and Environmental Sciences
Department of Environmental Engineering
T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen
Matej Bel University Banská Bystrica
Faculty of Natural Sciences
Department of Environmental Management
Tajovského 40, 960 53
[email protected]
[email protected]