M ETODY WTÓRNE

Kontrola emisji rtęci napotyka na większe trudności niż emisji tlenków azotu czy siarki, ponieważ

koncentracja rtęci w spalinach jest niska i wynosi kilka µg/Nm³(Shah 2010). Dla elektrowni Łaziska

zawartość rtęci całkowitej w spalinach za elektrofiltrem, a przed instalacją odsiarczania kształtuje się

w przedziale od 0,6 do 6,2 μg/Nm³ (Gołaś 2015). Ta niska koncentracja sprawia, że w przypadku

zastosowania adsorpcyjnych lub absorpcyjnych metod oczyszczania gazów spalinowych warunki kontaktu z sorbentem są ograniczone. Ponadto rtęć występuje w spalinach w trzech głównych

formach: Hg⁰, Hg²⁺ i w formie zaadsorbowanej na pyłach Hg(p)(Galbreath 1996; Helble 1996). Rtęć

Hg²⁺ i Hg(p) jest stosunkowo łatwo usuwalna w procesach oczyszczania spalin, w przeciwieństwie

do rtęci Hg⁰. Na ilość i formy emitowanej rtęci ma wpływ wiele czynników, m.in.: wielkość spalanych

ziaren węglowych i typ kotła, skład utleniacza, właściwości spalanego węgla oraz zawartość w węglu

chloru, bromu, żelaza, wapnia, siarki i rtęci (Burmistrz 2014b; Liu 2010, Zhang 2013).

4.2.1. U

Skuteczność usuwania rtęci w powszechnie stosowanym układzie oczyszczania spalin jest

zróżnicowana i zależy od jego konfiguracji (Głodek 2007; Kolker 2006, Wichliński 2014). Osiągane

skuteczności usuwania rtęci w układach oczyszczania spalin wahają się od 4 do 88% - tabela 4.4. Dla niektórych układów oczyszczania spalin skuteczność usuwania rtęci może wynieść nawet 99%

(Wichliński 2014). Najwyższe skuteczności uzyskiwane są dla układów mokrego odsiarczania poprzedzonego filtrem workowym bądź elektrofiltrem. Mokre odsiarczanie spalin polega

na usuwaniu ze spalin składników kwaśnych: SO2, SO3 oraz w mniejszym stopniu HCl. Odsiarczanie

mokre realizowane jest w skruberach przy wykorzystaniu roztworów wodnych. Wysoka skuteczność

usuwania rtęci w przypadku mokrego odsiarczania spalin jest wynikiem dobrej rozpuszczalności Hg²⁺

oraz efektywnego kontaktu gazu i cieczy (Clack 2014). Zbliżoną skutecznością do metody mokrego

odsiarczania odznacza sie metoda półsucha (Gostomczyk 2010, Pakulak 2012). W metodzie tej rtęć

adsorbowana jest na cząstkach popiołu lotnego oraz cząstkach produktów odsiarczania spalin, tj.: siarczanu (IV) i siarczanu (VI) wapnia.

Rtęć wiązana jest przez popiół lotny zarówno na drodze adsorpcji fizyczne,j jak i chemicznej (Xu 2013). Skuteczność usuwania rtęci poprzez odpylanie zależy od wielu czynników, m.in.

od temperatury oraz powierzchni właściwej BET popiołu lotnego (Kostova 2011, Xu 2013). Badania

IChPW wykazują, iż w układach elektrofiltrów możliwe jest usunięcie rtęci w zakresie od 37 do 85%

(Chmielniak 2010,2012).

Tabela 4.4. Skuteczność usuwania rtęci w stosowanych układach oczyszczania spalin (Pavlish 2003)

Układ oczyszczania spalin

Skuteczność usuwania rtęci

[%]

Elektrofiltr (zimny) 27 - 32

Elektrofiltr (zimny) + mokre odsiarczanie 49 - 66

Elektrofiltr (gorący) 4 - 29

Filtr workowy 44 - 58

Płuczka Venturiego 18

Suche odsiarczanie + filtr workowy 38 Elektrofiltr (zimny) + mokre odsiarczanie 26 - 54 Filtr workowy + mokre odsiarczanie 78 - 88 Suche odsiarczanie + elektrofiltr (zimny) 18 Węglowy kocioł fluidalny z filtrem workowym 86

Należy wspomnieć, że na proces usuwania rtęci korzystnie wpływa także selektywna redukcja

tlenków azotu zarówno w układzie katalitycznym – SCR, jak i niekatalitycznym - SNCR (Pavlish 2003).

W tych układach następuje utlenianie rtęci elementarnej Hg⁰ do Hg²⁺, co skutkuje zwiększonym

udziałem utlenionej formy rtęci, a tym samym wyższą efektywnością procesu jej usuwania

w procesach odpylania i odsiarczania (Clack 2014). Dla przykładu układ SCR pozwala na zmniejszenie

w spalinach udziału rtęci Hg⁰ z 40-60% do poziomu 2-12% (Huggins 2003).

4.2.2. I

Bardzo skuteczną metodą usuwania rtęci ze spalin i gazów odlotowych jest iniekcja pylistych sorbentów. Jako sorbenty mogą być stosowane zarówno sorbenty węglowe, jak i mineralne. Stosuje

się węgle aktywne (Czepirski 2014, Morimoto 2005; NESCUM 2010; Senior 2006; Uddin 2009), węgle

aktywne impregnowane bromem i jodem (Landreth 2007; NESCUM 2010), naturalne i syntetyczne

zeolity (Czepirski 2015), sorbenty na bazie wapnia (Czepirski 2015), popiół lotny (Hower 2010;

Xu 2013), popiół lotny impregnowany bromem lub chlorem (Xu 2013), preparowany koks naftowy

(Lee 2006), sorbenty metaliczne na bazie platyny i palladu (Poulston 2007), a także karbonizat

z pirolizy zużytych opon (Jastrząb 2015), pył koksowy (Burmistrz 2016) czy niecałkowicie spalony

węgiel (Granite 2007). Metoda wykorzystująca niecałkowicie spalony węgiel (Thief Proccess) polega

na pobraniu z komory spalania niecałkowicie spalonego węgla i wstrzyknięcie go w strugę spalin za podgrzewaczem powietrza. Tak spreparowany sorbent wykazuje zbliżoną skuteczność do komercyjnych sorbentów wytwarzanych na bazie węgla aktywnego, przy znacznie niższej cenie. W praktyce przemysłowej ze względu na odpowiednio rozwiniętą strukturę porów, jak również

Badania wykazują, że osiągalne skuteczności usuwania rtęci są bardzo wysokie i w zależności

od warunków technologicznych mogą dochodzić do blisko 100% (Landreth 2007; Xu 2013).

Skuteczność tej metody zależy od wielu czynników: specjacji rtęci w spalinach, temperatury spalin, dawki sorbentu, powierzchni właściwej sorbentu, rozkładu porów, zawartości chloru, bromu i siarki na powierzchni sorbentu, stopnia wymieszania sorbentu w strudze spalin, czasu kontaktu spalin

z sorbentem oraz składu spalin, a w szczególności zawartości w spalinach SO2, HCl, NO, NO2(Czepirski

2015; Hower 2010; Lopez-Anton 2002; Miller 2000; Morimoto 2005; Xu 2013).

Metoda usuwania rtęci ze spalin na drodze iniekcji sorbentu w ich strugę jest obecnie rozwijana również w Polsce. W ramach projektu „Monitoring and reduction of mercury emissions in gasification

and combustion processes” finansowanego przez KIC InnoEnergy przy współpracy Akademii

Górniczo-Hutniczej w Krakowie, TAURON-u „Wytwarzanie” S.A i firmy Promont Sp. z o.o. powstała instalacja demonstracyjna zlokalizowana w elektrowni Łaziska. Schemat instalacji przedstawiono na rys. 4.8. Instalacja podłączona jest do ciągu rzeczywistych spalin pracującego bloku energetycznego.

Nominalna wydajność instalacji to 5000 Nm³/h spalin. Instalacja składa się z trójstrefowego

elektrofiltru, zasobnika sorbentu, układu dozującego sorbent, filtra tkaninowego oraz wentylatora

ciągu. Spaliny na wyjściu z instalacji kierowane są z powrotem do głównego ciągu spalin (Strugała

2015).

Rys. 4.8. Instalacja demonstracyjna do usuwania rtęci ze spalin (Strugała 2015)

Metoda iniekcji sorbentów węglowych posiada jednak pewne ograniczenia. Należy wspomnieć o wysokiej cenie sorbentów na bazie węgli aktywnych. Rozwiązaniem tego problemu może być

stosowanie tańszych sorbentów organicznych, np. pyłu koksowego (Burmistrz 2016). Wystąpić mogą

również trudności w zagospodarowaniu popiołów, które ze względu na dozowanie sorbentów

organicznych, mogą odznaczać się zbyt wysoką zawartością pierwiastka węgla (Golightly 2009;

4.2.3. M

Do usuwania rtęci ze spalin zastosowanie może znaleźć metoda jej fotochemicznego utleniania

(Granite 2002). Promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 253,7 nm powoduje, że składniki spalin reagują z rtęcią tworząc osady. W metodzie tej sprawność usuwania rtęci kształtuje się na poziomie 80%. Sumaryczna reakcja fotochemicznego utleniania rtęci zachodzi zgodnie z równaniem (4.4).

(4.4)

Prowadzone są również badania nad możliwością usuwania rtęci z gazów odlotowych przy wykorzystaniu stałego złoża sorbentu. W tym celu zastosowanie mogą znaleźć sorbenty organiczne,

np. karbonizat ze zużytych opon (Jastrząb 2011). Zadowalający stopień usunięcia rtęci z powietrza

wysyconego rtęcią uzyskano w temperaturze 120 °C. Wykorzystana w badaniach 20 cm warstwa

karbonizatu zapewniła całkowite usuniecie rtęci z powietrza zawierającego 400 μgHg/m³ przez

3 godziny. Należy przypuszczać, że zwiększenie wysokości złoża wydłuży żywotność złoża sorbentu. Warto także wspomnieć o metodzie rozwijanej przez Politechnikę Łódzką PGE GiEK SA Oddział

Elektrownia Bełchatów (Szynkowska 2015) w ramach projektu pt.: „Opracowanie innowacyjnej

i efektywnej kosztowo technologii redukcji emisji rtęci do atmosfery z procesów spalania węgla”.

Zakres projektu obejmował następujące zadania:

 _{wytworzenie wielowarstwowego kompozytu sorbującego,}

 _{projekt, realizację oraz eksploatację demonstratora technologii sorpcji rtęci na obiekcie}

rzeczywistym,

 projekt i realizację instalacji demonstratora do desorpcji i utylizacji rtęci

z wielowarstwowego kompozytu sorbującego,

 opracowanie wytycznych konstrukcyjnych i technologicznych dla kompleksowej instalacji

przemysłowej usuwania i utylizacji rtęci.

Metoda ta polega na zastosowaniu pakietu blach sorbujących z naniesionym materiałem sorpcyjnym. W celu zapewnienia dobrego kontaktu rtęci zawartej w spalinach z materiałem sorpcyjnym, w pakietach umieszczone zostały specjalnie skonstruowane zaburzacze przepływu. Aby zapewnić niską temperaturę (poniżej 85 °C), instalacja wychwytu rtęci musi być zlokalizowana za instalacją odsiarczania spalin. Zaplanowano także układ do regeneracji blach sorbujących i odzysku

rtęci. Regeneracja odbywa się w temperaturze powyżej 85 °C (Szynkowska 2015).

Zaletą omawianej metody jest brak konieczności wtryskiwania sorbentu, a także możliwość odzysku wyłapanej ze spalin rtęci. Należy jednak zaznaczyć, że choć rtęć znajduje zagospodarowanie

w wielu gałęziach gospodarki (Ulewicz 2009), to ze względu na nadpodaż rtęci mogą wystąpić