Polityka ekologiczna UE polega na świadomej i celowej działalności racjonalnego korzystania z zasobów i walorów środowiska naturalnego, jego ochrony i umiejętnego kształtowania na podstawie zdobytej wiedzy teoretycznej i praktycznej. W odniesieniu do konwencjonalnej energetyki węglowej działania proekologiczne są realizowane poprzez wprowadzenie odpowiednich regulacji prawnych oraz wsparcie rozwoju wiedzy z zakresu czystych technologii węglowych, metod pozwalających na zmniejszenie emisji zanieczyszczeń (m.in. NOx, CO2, Hg), poprawy efektywności produkcji energii z węgla, dywersyfikacji zasobów paliw kopalnych dla przemysłu chemicznego czy wykorzystania produktów wytwarzanych w procesie zgazowania węgla do poprawy bezpieczeństwa energetycznego krajów Wspólnoty Europejskiej.
Przez lata działania UE w zakresie ograniczeń emisyjnych koncentrowały się głównie na emisjach CO2, NOx czy SO2. W przyszłości, obok „klasycznych” emisji, należy oczekiwać również wprowadzania nowych regulacji prawnych dla zanieczyszczeń występujących w nanokoncentracji m.in. rtęci, która zaliczana jest do szczególnie niebezpiecznych. Niektóre z krajów członkowskich UE w ostatnich latach systematycznie zaostrzają normy dopuszczalnych emisji rtęci do środowiska oraz jej stężeń w ubocznych produktach spalania (Rozdział 3.1). Docelowa strategia Unii Europejskiej w kwestii rtęci, zgodnie ze stanowiskiem Rady Europy, która zleciła Komisji przygotowanie spójnej strategii mającej na celu ochronę ludzkiego zdrowia i środowiska przed uwalnianiem się rtęci, będzie zmierzać do ustalenia standardów emisji dla rtęci. Wyprzedzając potencjalne regulacje Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie we współpracy z partnerami przemysłowymi poszukuje innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie monitorowania i ograniczenia emisji rtęci. Od 2010 roku Akademia Górniczo‐ Hutnicza wraz z Grupą TAURON realizuje projekt, współfinansowany ze środków UE, dotyczący monitorowania i obniżania emisji rtęci w procesach zgazowania i spalania węgla.
3.1 Emisja rtęci w regulacjach prawnych
W 1990 roku Clean Air Act (USA) umieścił rtęć na liście 189 szczególnie niebezpiecznych zanieczyszczeń środowiska, określonych mianem HAPs. Konsekwencją podpisania aktu przez EPA było prowadzenie regularnego monitoringu powietrza w latach 1990-1997, w pobliżu potencjalnych źródeł emisji rtęci na terenie USA. Wyniki badań wskazały, że źródłem uwalnianjącym do atmosfery największe ilości rtęci (ok. 48 ton rocznie) są węglowe elektrownie zawodowe [222-224]. Podobne rezultaty wskazywały pomiary emisji
48
rtęci w krajach, w których paliwa konwencjonalne stanowią podstawę sektora energetycznego [225-228].
W 2005 roku EPA zatwierdziła CAMR, w którym zadeklarowano obniżenie emisji rtęci z procesów energetycznego spalania paliw w USA o ok. 70% do 2018 roku. Deklaracja dotyczyła obiektów powstałych przed 2005 rokiem. W 2011 roku EPA wprowadziła nowe standardy emisji rtęci wynoszące średnio 2,5 μg Hg/Nm3 dla nowopowstających elektrowni węglowych i 8,5 μg Hg/Nm3 dla istniejących obiektów [57]. Inni tzw. „wielcy emitorzy” również zaostrzają wymagania ograniczające emisję rtęci do środowiska przez wprowadzanie dopuszczalnych limitów emisji tego zanieczyszczenia (Tab. 7).
Tab. 7. Standardy emisji rtęci dla energetyki konwencjonalnej
Kraj Kategoria Max. emisja Hg [µg/Nm3] Źródło
Chiny każdy typ obiektu 30
[229-231] Filipiny każdy typ obiektu 500 (tylko Hg0) [232] Niemcy bloki energetyczne o mocy 100-300
MW
30 [233]
UE każdy typ obiektu dyrektywy
w przygotowaniu (Tab. 8)
[234-236]
USA dla istniejących obiektów , powstałych przed 2011 r.: - węgle bitumiczne - lignity 1,7 15,3 [231]
dla nowych obiektów, powstałych po 2011 r.:
- węgle bitumiczne - lignity
< 0,03 5,1
Strategia Wspólnoty Europejskiej w zakresie rtęci polega na realizacji działań dążących do obniżenia poziomów rtęci w środowisku oraz narażenia ludzi na kontakt z rtęcią. W tym celu realizowane są założenia obejmujące m.in. redukcję jej emisji ze źródeł antropogenicznych - głównie energetycznego spalania węgli [237]. Przykładami takich działań w ostatnim czasie była ratyfikacja Dyrektyw Parlamentu Europejskiego i Rady Wspólnoty Europejskiej:
IPPC (Dyr. 96/61/WE), LPC (Dyr. 2001/80/WE),
49 NEC (Dyr. 2001/8l/WE).
Regulacje te kładą nacisk na prowadzenie regularnego monitoringu zanieczyszczeń w instalacjach spalania paliw o mocy nominalnej > 50 MW, raportowania wyników przez E-PRTR oraz stosowania BAT ograniczających wielkość emisji [238-241]. Ponadto zatwierdzone w 2006 roku Rozporządzenie 166/2006/WE zawiera listę 91 zanieczyszczeń - w tym rtęci i jej związków, które muszą podlegać monitoringowi. Obowiązek raportowania obejmuje emisję rtęci do powietrza i wody/gleby po przekroczeniu wartości progowych, wynoszących odpowiednio 10 kg/rok i 1 kg/rok [242]. Do tej pory żadna z istniejących dyrektyw nie zakładała wymagań odnośnie dopuszczalnych limitów emisji rtęci. Negocjowana w latach 2010-2013 Konwencja rtęciowa będzie wiązała się z wprowadzeniem odpowiednich zmian w ustawodawstwie. Dokument obejmuje obszary podaży i handlu rtęcią, jej emisji i uwolnienia do środowiska, produktów zawierających rtęć, ich składowanie oraz procesy, w których jest ona wykorzystywana. W zakresie emisji rtęci do atmosfery Konwencja będzie stawiała pewne wymagania związane z kontrolą emisji z określonych źródeł (m.in. instalacji energetycznego spalania paliw i kotłów przemysłowych), ustaleniem poziomów emisji rtęci, sporządzaniem raportów emisji, stosowaniem BAT/BEP czy przyjęciem krajowej strategii dla rtęci. Obecnie trwa proces legislacyjny Konwencji rtęciowej w UE, natomiast wdrożenie konwencji w Polsce jest planowane w styczniu 2016 roku [243-245].
W związku z powyższym UE przystąpiła do modyfikacji istniejącego prawa środowiskowego. Siódmego stycznia br. została wdrożona Dyrektywa IED (2010/75/UE), która powstała z przekształcenia i połączenia w jedną całość wspomnianych już IPPC, LPC oraz rozporządzeń:
2000/76/WE w sprawie spalania odpadów,
1999/13/WE w sprawie ograniczenia emisji lotnych związków organicznych,
78/176/EWG, 82/883/EWG, 92/112/EWG związanych z produkcją dwutlenku tytanu [246, 247].
W kwestii rtęci IED wprowadza średnie dopuszczalne wielkości emisji wynoszące 50 µg/m3 dla spalarni odpadów oraz obiektów energetycznych prowadzących współspalanie odpadów. Wielkość emisji jest przeliczana na warunki normalne (0 °C, 1013,25 hPa) dla:
11% O2 w przypadku spalarni odpadów,
6 % O2 w przypadku obiektów energetycznych spalających paliwa stałe,
50
Ponadto dyrektywa wymaga prowadzenia regularnego monitoringu rtęci (minimum 1 raz w miesiącu) w zrzutach ścieków z instalacji oczyszczania gazów odlotowych oraz gazów odlotowych z instalacji przemysłowych (co najmniej 2 pomiary w ciągu roku). Dopuszczalne stężenie rtęci w ściekach wynosi 30 µg/L. Dodatkowo Dyrektywa IED od 1 stycznia 2016 roku nakłada wymóg przeprowadzenia co najmniej raz w roku pomiarów emisji rtęci całkowitej w źródłach o mocy > 100 MW opalanych węglem. [247].
Projekty modyfikacji ustaw MCP oraz LCP z 2013 roku stawiają nowe wyzwania w kwestii ograniczenia emisji rtęci dla średnich i dużych źródeł spalania paliw konwencjonalnych (Tab. 8 [234-236]). Można przypuszczać, że projekty nowych dyrektyw porządkujące kwestię częstotliwości przeprowadzenia pomiarów rtęci i limitów jej emisji do powietrza atmosferycznego zostaną przyjęte w ciągu kilku najbliższych lat. Z tego też względu konieczne staje się opracowanie prawidłowej metodyki oznaczania form rtęci w gazach odlotowych obejmującej: pobór reprezentatywnej próbki gazów, jej utrwalenie, transport i magazynowanie (w taki sposób, aby wszystkie obecne w próbce związki rtęci pozostały w niezmienionej formie), rozdział i detekcję grup związków rtęci.
Tab. 8. Proponowane standardy emisji Hg dla energetyki konwencjonalnej w UE Kategoria Max. emisja
Hg [µg/Nm3]
Częstotliwość
przeprowadzenia pomiarów Instalacje istniejące
instalacje o mocy nominalnej < 300 MW, spalające węgiel kamienny
10
pomiary okresowe, min. 1 raz na kwartał
instalacje o mocy nominalnej < 300 MW,
spalające węgiel brunatny 20
instalacje o mocy nominalnej > 300 MW, spalające węgiel kamienny
6
pomiary ciągłe instalacje o mocy nominalnej > 300 MW,
spalające węgiel brunatny
10
Instalacje nowe instalacje o mocy nominalnej < 300 MW,
spalające węgiel kamienny 5
pomiary ciągłe instalacje o mocy nominalnej > 300 MW,
51
3.2 Projekt CoalGas
W 2010 roku Akademia Górniczo - Hutnicza rozpoczęła realizację Projektu „Development of a Coal Gasification Technology For High-Efficiency Fuel and Power
Production” (Opracowanie technologii zgazowania węgla w celu wykorzystania w energetyce
oraz otrzymywania wysokowydajnych paliw), finansowanego przez UE za pośrednictwem tzw. Węzła Wiedzy i Innowacji KIC InnoEnergy. Głównym zadaniem Projektu (poziom finansowania z KIC InnoEnergy wyniósł > 4 mln €) jest gromadzenie, porządkowanie i pogłębianie wiedzy na temat procesów zgazowania węgla, metod monitorowania i redukcji emisji Hg i CO2 z procesów spalania i zgazowania węgla, poprawy efektywności produkcji energii z węgla oraz dywersyfikacji zasobów paliw kopalnych dla przemysłu chemicznego. Celem strategicznym Projektu jest opracowanie i weryfikacja technologii podziemnego/powierzchniowego zgazowania węgla w skali pilotażowej oraz metod monitorowania i redukcji emisji rtęci podczas procesów spalania i zgazowania węgla. Realizacja celu ma umożliwić wyznaczenie strategicznych kierunków dla rozwoju czystych technologii węglowych w energetyce i przemyśle chemicznym.
Projekt rozpoczął się w październiku 2010 roku i formalnie ma zakończyć się w grudniu 2015 roku. W Projekcie uczestniczą instytucje naukowo-badawcze (AGH, GIG, IChPW), partnerzy przemysłowi (KHG S.A., TAURON Polska Energia S.A.) oraz firmy projektowo-wykonawcze (EKO-GAW Wymysłów, KWANT Sp. z o.o., Promont Sp. z o.o., SYNGAZ Sp. z o.o.). Projekt jest finansowany ze środków UE, przez EIT za pośrednictwem Węzła Wiedzy KIC w ramach działalności KIC InnoEnergy i CC Poland Plus. Kierownikiem Projektu CoalGas jest prof. Janusz Gołaś (AGH).
Projekt CoalGas składa się z 11 wzajemnie ze sobą powiązanych pakietów programowych WP 1-11 (Rys. 7 [212]). Zespół badawczy w Katedrze Chemii Węgla i Nauk o Środowisku AGH pod kierownictwem prof. Janusza Gołasia prowadzi badania w obrębie:
WP 2 - Analysis of the ability to reduce mercury emissions from coal processing processes (Analiza możliwości redukcji emisji rtęci z procesów przeróbki węgla), współfinansowanego przez NCBiR (projekt zakończony w 2014 roku),
WP 4 - Monitoring and reduction of mercury emission in gasification and combustion processes (Monitoring i redukcja emisji rtęci z procesów spalania i zgazowania węgla).
52
Rys. 7. Wzajemne powiązania między pakietami programowymi Projektu CoalGas.
Pakiet programowy WP 2 zajmuje się badaniami związanymi z identyfikacją form rtęci w węglach energetycznych na drodze ich mechanicznej przeróbki i termicznej preparacji przed procesem energetycznego spalania. Wynikiem realizacji tego etapu badań ma być utworzenie bazy danych polskich węgli energetycznych pod kątem zawartości rtęci oraz opracowanie właściwej metodyki oznaczania zawartości rtęci i jej form w węglach w trakcie procesów ich przetwórstwa. Końcowym rezultatem tej części projektu jest określenie dystrybucji i specjacji rtęci w procesie wzbogacania mechanicznego węgli i pirolizy niskotemperaturowej oraz możliwości usuwania rtęci w wyniku tych procesów.
Zadaniem pakietu WP 4 jest opracowanie metody oznaczania form rtęci w gazach przemysłowych, z uwzględnieniem aspektów technologicznych oraz regulacji prawnych. System analizujący rtęć w spalinach ma umożliwić uzyskanie wiarygodnych danych dotyczących rzeczywistej emisji tego zanieczyszczenia z procesów energetycznego spalania i zgazowania węgli. Działający system do specjacji rtęci (Hg2+, Hg0) w spalinach umożliwia
53
wykonanie badań dystrybucji i emisji rtęci w elektrowniach konwencjonalnych oraz stwarza możliwości oceny efektywności pierwotnych i wtórnych metod redukcji emisji rtęci z procesów spalania i zgazowania węgla. Końcowy etap tej części Projektu zakłada wybór efektywnej i ekonomicznej metody redukcji rtęci z gazów przemysłowych oraz opracowanie koncepcji zarządzania generowanymi odpadami.
Badania redukcji emisji rtęci w spalinach z procesu energetycznego spalania węgla są realizowane na zbudowanej specjalnie do tego celu „Instalacji demonstracyjnej do monitoringu i redukcji emisji rtęci ze spalin” w Elektrowni Łaziska. Realizacja założeń WP 4 w zakresie procesów energetycznego spalania węgli pozwoli na poszerzenie wiedzy na temat zachowania się rtęci w procesie spalania węgla w kotłach pyłowych, specjacji rtęci w spalinach, możliwości usuwania rtęci ze spalin w poszczególnych elementach konwencjonalnego układu oczyszczania spalin (FF, ESP, FGD, SCR), zastosowania najefektywniejszej ekonomicznie i technicznie metody aktywnej redukcji emisji rtęci w spalinach, w przypadku kiedy uzyskana redukcja emisji metodami pasywnymi okaże się niewystarczająca.
Prace badawcze związane z analityką rtęci w spalinach autorka pracy prowadziła wraz z dr inż. Jerzym Góreckim (promotorem pomocniczym w przewodzie doktorskim). Udział autorki w sferze koncepcyjnej jak i eksperymentalnej tych prac stanowi podstawę niniejszej rozprawy doktorskiej.
Charakterystyka obszaru badań
Przemysłowe testy aparatury pomiarowej do specjacji rtęci w spalinach, badania specjacji rtęci oraz jej emisji z procesów energetycznego spalania węgla, które przyczyniły się do powstania niniejszej pracy były realizowane w Elektrowni Łaziska. Elektrownia Łaziska jest jednym z 5 oddziałów (Jaworzno III, Łaziska, Łagisza, Siersza, Stalowa Wola) grupy TAURON Wytwarzanie S.A., znajdującym się w Łaziskach Górnych. Elektrownia Łaziska jest zawodową elektrownią cieplną, jedną z 18 elektrowni systemowych pracujących w KSE. Elektrownia Łaziska wytwarza ok. 4,2% krajowej produkcji energii elektrycznej, a pod względem zainstalowanej 1155 MW mocy elektrycznej jest 9 elektrownią w Polsce. W Elektrowni Łaziska obecnie pracuje 6 bloków energetycznych: 1 blok 230 MW, 3 bloki 225 MW, 2 bloki 125 MW. Dodatkowo Elektrownia Łaziska posiada 196 MWt zainstalowanej mocy cieplnej. Elektrownia Łaziska jest elektrownią konwencjonalną, wykorzystującą jako paliwo węgiel kamienny oraz biomasę w ilości do 10% udziału masowego paliwa dostarczanego do spalania [213].
54
Elektrownia Łaziska jest wiodącą elektrownią na polskim rynku energetycznym w zakresie testowania i wdrażania nowoczesnych technologii proekologicznych. W latach 90 w Elektrowni Łaziska przeprowadzono odbudowę oraz rewitalizację wszystkich bloków energetycznych. Bloki energetyczne 125 MW zostały wyposażone w filtry workowe oraz zintegrowaną z nimi instalację odsiarczania spalin metodą półsuchą NID. Bloki energetyczne 225/230 MW zostały wyposażone w wysokosprawne elektrofiltry, gwarantujące skuteczność odpylania > 99%. Przeprowadzono również gruntowną modernizację wszystkich głównych węzłów i magistral, uszczelniając przede wszystkim system transportu popiołu. W 2000 roku w elektrowni dla bloków 225/230 MW została wybudowana instalacja do odsiarczania spalin metodą mokrą, wapienno-gipsową tzw. WFGD. W celu redukcji emisji tlenków azotu w 2011 roku rozpoczęły się prace modernizacyjne instalacji dostarczania paliwa i powietrza do komory paleniskowej kotła we wszystkich blokach energetycznych. Zdecydowano się na wtórną redukcję NOx ze spalin metodą wtrysku wody amoniakalnej z wykorzystaniem katalizatorów tzw. SCR [214]. Elektrownia Łaziska od 2001 roku posiada certyfikat środowiskowy ISO 14001, a od 2008 roku uczestniczy w europejskim systemie zarządzania środowiskiem EMAS. Obecnie Elektrownia Łaziska spełnia wszystkie narzucone przez UE normy emisji gazów odlotowych (Tab. 9 [215, 216]) oraz odprowadzanych ścieków przemysłowych. Oddział Łaziska produkuje również „zieloną energię” z biomasy. Deklaracja środowiskowa TAURON Wytwarzanie S.A. dla EMAS stwierdza, że w 2013 roku elektrownia wyprodukowała 107 894 MW energii odnawialnej pochodzącej ze współspalania węgla z biomasą, co stanowi ok. 2,5% całkowitej rocznej produkcji [215, 216].
Tab. 9. Emisja zanieczyszczeń w Elektrowni Łaziska w odniesieniu do standardów emisji UE Zanieczyszczenie Emisja w Łaziskach
[tony/rok] Emisja dopuszczalna [tony/rok] Wykorzystanie limitu [%] pył lotny 302 1531 20 SOx 5577 14 298 39 NOx 5802 12 790 45
Kontynuując prace nad ograniczeniem zanieczyszczeń uwalnianych do atmosfery AGH w Krakowie we współpracy z TAURON Wytwarzanie S.A. rozpoczął prace badawcze związane z oznaczaniem form rtęci w spalinach oraz badaniami jej efektywnej redukcji ze spalin. Powyższe badania były realizowane w Elektrowni Łaziska w okresie od czerwca 2014 roku i są obecnie kontynuowane. Badania specjacji rtęci były wykonywane
55
z wykorzystaniem spalin z bloków energetycznych nr 11 i 12 (225 MW) oraz instalacji demonstracyjnej do monitoringu i redukcji emisji rtęci, w wybranych miejscach instalacji (Rys. 8). Możliwość dostępu do realnych spalin (Tab. 10 [217, 218]), które w warunkach laboratoryjnych są niemożliwe do wygenerowania ułatwi realizację celów postawionych w pracy.
Tab. 10. Parametry spalin przed ESP bloku energetycznego nr 12 w Elektrowni Łaziska
Parametr Ciąg spalin
1 2 3
ciśnienie [kPa] -3,5
temperatura [°C] 110-160
objętościowy strumień przepływu spalin mokrych [Nm3/h]
135 000-370 000 150 000-260 000 135 000-370 000
zapylenie spalin przy 6% zawartości O2 [g/Nm3] 10-30 zawartość O2 [%] 3,8-6,3 zawartość H2O [%] 8,0* zawartość SO2 przy 6% zawartości O2 [mg/Nm3] 1000-3000 zawartość CO przy 6% zawartości O2 [mg/Nm3] 10-200 zawartość HCl + HFprzy 6% zawartości O2 [mg/Nm3] 120-240
zawartość NOx jako suma NOx w przeliczeniu na NO2, przy 6%
zawartości O2 [mg/Nm3]
≤ 190*
zawartość niespalonego węgla w popiele [%]
≤ 4**
zawartość NH3 w spalinachprzy 6% zawartości O2 [mg/Nm3]
≤ 5*
zawartość NH3 w popiele lotnym przy 6% zawartości O2 [mg/kg]
≤ 100**
56
Rys. 8. Rozmieszczenie miejsc pomiarowych w bloku energetycznym nr 12 Elektrowni Łaziska: 1- przed ESP, 2- przed FGD/za ESP, 3- za FGD, 4- przed ESP instalacji badawczej, 5- przed FF/za ESP instalacji badawczej, 6- za FF instalacji badawczej.
57
Instalacja demonstracyjna do monitoringu i redukcji emisji rtęci w spalinach
Instalacja demonstracyjna do monitoringu i redukcji emisji rtęci w spalinach przemysłowych z procesów spalania paliw stałych (nazwana w dalszej części pracy instalacją badawczą) została oddana do użytku w czerwcu 2014 roku i jest jedyną tego typu instalacją w Europie. Budowa instalacji badawczej została sfinansowana ze środków grupy TAURON oraz EIT za pośrednictwem Węzła Wiedzy KIC w ramach działalności KIC InnoEnergy i CC Poland Plus. Instalacja badawcza została włączona w obieg surowych spalin z kotła nr 12 bloku energetycznego 225 MW w Elektrowni Łaziska. Głównymi pracami badawczymi realizowanymi z udziałem pracującej instalacji są:
badania specjacji rtęci w spalinach,
badania emisji rtęci z procesów energetycznego spalania węgli,
testy różnych metod redukcji rtęci ze spalin m.in. poprzez zastosowanie iniekcji pylistych sorbentów oraz UV-PCO [219].
Instalacja badawcza (Rys. 9 [215]) o wydajności nominalnej 5000 Nm3/h jest zbudowana z następujących podzespołów.
1. Elektrofiltr trójstrefowy (ESP), który jest zasilany gazami spalinowymi opuszczającymi kocioł z paleniskiem pyłowym. Całkowita moc zainstalowana 220 kW uwzględnia: zespoły zasilające, ogrzewanie leja, izolatorów oraz napędy strzepywaczy. Maksymalne stężenie pyłu za ESP w spalinach suchych przy 6% zawartości O2 wynosi 50 mg/Nm3. 2. Filtr tkaninowy (FF), w którym wydzielany będzie sorbent w przypadku jego dozowania do gazów spalinowych za ESP. Antyelektrostatyczny FF został wykonany z PPS, z wodo- i olejoodpornych mikrowłókien. Maksymalne stężenie pyłu za FF w spalinach suchych przy 6% zawartości O2 przy włączonym ESP wynosi 5 mg/Nm3, natomiast przy wyłączonym ESP 20 mg/Nm3.
3. Wentylator spalin, który umożliwia podawanie spalin wielkości od 3000 do 7500 Nm3/h. Wentylator zasysa spaliny z głównego kanału spalin przez ESP oraz FF instalacji badawczej, a następnie wtłacza je ponownie do kanału na wylocie z kotła. Wielkość strumienia generowanego przez wentylator została dobrana w taki sposób, aby możliwe było przenoszenie uzyskanych wyników na rzeczywiste układy oczyszczania spalin pracujące w elektrowniach zawodowych.
4. System dozowania sorbentu wraz z zasobnikiem o pojemności 3 m3, umożliwiający iniekcję pylistego sorbentu do spalin przed oraz za ESP. W skład systemu dozowania sorbentów wchodzą układ naważania sorbentów, układ zasypowy, układ transportu
58
pneumatycznego oraz układ odpowietrzania instalacji dozowania sorbentów. System umożliwia iniekcję 3 typów sorbentów pylistych (Tab. 11 [220]) o wydajnościach 0-5 kg/h dla małego dozownika oraz 10-50 kg/h dla dużego dozownika.
5. Budynek z AKPiA wraz ze stacją operatorską. System sterowania umożliwia kontrolę i sterowanie pracą zespołów zasilających (m.in. strzepywaczy ESP, instalacji ogrzewania komór izolatorów zawieszeniowych i obrotowych ESP, ogrzewania lejów zsypowych) oraz wykrywanie nieprawidłowych i awaryjnych stanów pracy nadzorowanych podzespołów.
Instalacja badawcza obejmuje również rurociągi spalin wraz z armaturą (klapy, zawory, króćce pomiarowe), konstrukcje wsporcze, podesty obsługowe oraz instalacje zasilające w media (energia elektryczna, powietrze sprężone, woda) [221].
Tab. 11. Rodzaje sorbentów stosowane w instalacji demonstracyjnej do monitoringu i redukcji emisji rtęci
Typ sorbentu 1 2 3
Rodzaj sorbentu węgiel aktywny tani substytut węgla aktywnego sorbent mineralny Ciężar nasypowy [kg/m3] 600-850 650-850 500-850 Uziarnienie [%wag.] dla < 1 mm < 0,1 mm < 0,063 mm 100 100 100 100 75-85 45-65 100 min. 90 min. 85 Zawartość wilgoci [%wag.] 4,0-6,0 0,4-1,0 0,25-0,30
59
Rys. 9. Instalacja do monitoringu i redukcji emisji rtęci w spalinach: 1- ESP, 2- FF, 3- wentylator spalin, 4- System dozowania sorbentu wraz z zasobnikiem, 5- Budynek z AKPiA.
60
Jedną z metod redukcji emisji rtęci z gazów spalinowych testowanych z udziałem instalacji badawczej jest iniekcja pylistych sorbentów do strumienia spalin i ich wychwyt w instalacjach odpylających (ES, FF). Iniekcja sorbentów jest możliwa wariantowo, w różnych punktach instalacji. Instalacja badawcza może funkcjonować w 4 trybach pracy (Tab. 12 [215]), kiedy przy włączonym/wyłączonym FF lub ESP iniekcja sorbentu do spalin (110-160 °C) odbywa się przed lub za ESP. Dla 2 i 4 trybu pracy dopuszczalne jest dozowanie sorbentów typu 1 i 2 w ilościach do 15 kg/h i do 25 kg/h. Dozowanie większych ilości sorbentów znacząco zwiększa ryzyko wybuchu w instalacji.
Tab. 12. Praca instalacji badawczej w różnych wariantach pracy Tryb
pracy
Schemat pracującej instalacji badawczej Uwagi
1 - przepływ spalin przez włączone FF i ESP - dozowanie sorbentu przed ESP 2 - przepływ spalin przez włączone FF i ESP - dozowanie sorbentu za ESP
61 3 - przepływ spalin przez włączony ESP - wyłączony FF - dozowanie sorbentu przed ESP 4 - przepływ spalin przez włączony FF - wyłączony ESP - dozowanie sorbentu za ESP
Poza adsorpcyjnymi metodami redukcji emisji rtęci ze spalin w instalacji jest testowana metoda UV-PCO. Metoda polega na fotochemicznym utlenianiu promieniowaniem UV gazowej rtęci elementarnej (Hg0) do gazowej rtęci na +2 stopniu utlenienia (Hg2+). Utlenianie Hg0 odbywa się za pomocą skonstruowanego do tego celu modułu UV (projekt AGH, wykonanie Aparatura Pomiarowa Kwant). Obecne w spalinach związki rtęci na +2 stopniu utlenienia są łatwo rozpuszczalne w wodzie i mogą być skutecznie usuwane przez BAT stosowane w energetyce zawodowej np. instalacje WFGD. Pomyślność przeprowadzonych testów wstępnych wyżej wspomnianych metod redukcji stanowi podstawę do kontynuowania badań w przyszłości.
62
CZĘŚĆ
63
Głównym celem badań prowadzonych przez autorkę w ramach niniejszej pracy doktorskiej było opracowanie metodyki oznaczania rtęci w spalinach generowanych w procesach energetycznego spalania węgli. W związku z tym, że największym źródłem antropogenicznej emisji rtęci do powietrza atmosferycznego są procesy energetycznego spalania paliw oraz biorąc pod uwagę szczególną rolę środowiska atmosferycznego w procesach obiegu i wzajemnych przemian rtęci i jej związków w formy mniej lub bardziej toksyczne istotne było by opracowana metodyka umożliwiała oznaczanie form rtęci (Hg0, Hg2+) w gazach procesowych.
Zespół Chemii i Radiochemii Środowiska KChWiNoŚ od wielu lat prowadzi badania w zakresie analityki środowiska i w ramach tych prac powstała niniejsza rozprawa doktorska. Jednym z obszarów działalności Zespołu są badania zawartości rtęci w wybranych komponentach środowiska m.in. osadach dennych, pyłach zawieszonych, próbkach