Energia XXX
Dodatek reklamowy do RZECZPOSPOLITEJ.
nr 66 (6132) 19 marca 2002 r.

LDS – nowa technologia

Niskoemisyjne spalanie węgla kamiennego

Firma LURGI LENTJES SERVICE jest spółką, należącą do holdingu LURGI LENTJES AG, działającego w energetyce od końca lat dwudziestych XX wieku.

W ramach holdingu, LLS wyspecjalizował się w modernizacjach instalacji paleniskowych istniejących kotłów, tworząc niskoemisyjne paleniska na paliwa stałe, ciekłe i gazowe. Firma ma w swoim dorobku paleniska specjalne, zasilane różnego rodzaju trudno i łatwo palnymi odpadami z procesów przemysłowych z łatwo wybuchowymi włącznie.

W Polsce, LLS przez swoją spółkę LURGI LENTJES IS Polska działa od 1996 roku, oferując głównie w energetyce przemysłowej swój inżyniering z dziedziny technik spalania.

Przedstawiamy technologię niskoemisyjnego spalania węgla, która daje efekt emisji NO_x porównywalny z efektami katalitycznego DeNO_x. Pozwala ona jednocześnie rozwiązać problem popiołu lotnego jako odpadu.

Technologia LDS powstała dla klienta, który postawił zadanie polegające na:

• zbudowaniu niskoemisyjnego paleniska na węgiel kamienny, emitującego NO_x<200 ng/Nm³ bez potrzeby budowy instalacji DeNO_x;
• rozwiązaniu problemu popiołu lotnego, którego zakaz dalszego składowania otrzymał klient decyzją administracyjną.

W elektrociepłowni InfraServ zakładów chemicznych HOECHST we Frankfurcie, dwa kotły pyłowe o wydajności po 150 t/h wyposażono w takie paleniska.

Technologia ta została opracowana przez firmę LURGI LENTJES SERVICE wspólnie z InfraServ. Skrót LDS oznacza LENTJES-
-DeNO_x-Staubeinschmelz-Verfehren, a jego cechami charakterystycznymi są:

• stopniowanie powietrza na poszczególnych poziomach palników (od podstechiometrycznego do nadstechiometrycznego) oraz powietrzem górnym OFA;
• wprowadzenie do palnika gazu ziemnego, jako redukującego rodniki NO w pierwszej strefie opłomienia;
• recyrkulacja spalin do powietrza młynowego i wtórnego;
• obniżenie temperatury paleniska przez obniżenie temperatury powietrza do spalania;
• dopalenie popiołu lotnego wraz z niedopałem w palenisku cyklonowym, będącym integralną częścią kotła, a przez to poprawienie bilansu spalania.

Przy tak drastycznym obniżeniu emisji NO_x powstał duży niedopał. Zjawisko to stało się sprzymierzeńcem przy rozwiązaniu sprawy z popiołem lotnym.

Parametry kotłów były następujące:

• MWT – 150t/h,
• ciśnienie pary świeżej – 14,4 MPa,
• temperatura pary świeżej – 525°C,
• moc cieplna kotła – 120 MWt,
• paliwo – węgiel kamienny,
• ilość spalanego węgla – 12.300 kg/h,
• moc cieplna cyklonu – 15 MWt,
• ilość przetapianego popiołu lotnego – 3000 kg/h,
• zawartość niedopału w żużlu z cyklonu – <1%
• emisja NO_x dla:
  • paleniska konwencjonalnego – 800 – 1000 mg/Nm³,
  • paleniska LDS – < 200 mg/Nm³
• zużycie gazu ziemnego – 1000 m³/h.

W cyklonie znajduje się palnik podtrzymujący proces dopalania i topienia popiołu lotnego. Może nim być mały palnik pyłowy, zasilany z tej samej instalacji młynowej. Wtedy zużycie gazu ziemnego jest mniejsze.

Schemat procesu przedstawia załączony rysunek.

Pył węglowy podawany jest do wirowych palników pyłowych (4).

Powietrze do spalania dochodzi do mieszalnika (22), w którym miesza się ze spalinami z recyrkulacji. Są one pobierane przez wentylator (17) zza elektrofiltra.

Powietrze (29) jest tak dostarczane do palników, że w dolnym poziomie (a) następuje spalanie nadstechiometryczne, a na poziomach (b) i (c) podstechiometryczne. Pozostałe powietrze dochodzi do poziomu OFA (23). Na nim nadmiar powietrza wynosi 10 – 15%.

Następnym czynnikiem obniżającym tworzenie się NO_x jest atmosfera redukująca przez dodanie do jądra płomienia gazu ziemnego (30a). Gaz ułatwia też spalanie mieszanki pyłowej w warunkach podstechiometrycznej ilości powietrza.

Niezależnie, do każdego palnika doprowadzane są spaliny zza elektrofiltra (24)(35). Ponadto, spaliny (32) doprowadzane są do dysz w tylnej ścianie komory paleniskowej. Płynąc wzdłuż niej, tworzą warstwę (32a) chroniącą ekran przed korozją.

W stosunku do popiołu lotnego przyjęto następujące założenia:

• wykorzystać ciepło zawarte w nie spalonych cząsteczkach węgla, znajdujących się w popiele lotnym;
• powstały odpad tak spreparować, aby nie był uciążliwy dla środowiska i można go było składować w dowolny sposób;
• przez wykorzystanie energii zawartej w cząsteczkach nie spalonego węgla obniżyć jego zużycie i podnieść sprawność kotła.

Do tego celu LLS opracował tzw. cyklon dopalający. Nadaje się on również do spalania innych stałych, półstałych i płynnych palnych odpadów przemysłowych.

Cyklon taki nadaje się do montażu do istniejących palenisk kotłowych, ale również np. na piecach obrotowych.

Cyklon dopalający wraz z całym układem paleniska został przez firmę LURGI LENTJES SERVICE opatentowany pod nazwą technologii LDS. Jest to cylindryczna, jednorurowa i gazoszczelna komora spalania wraz z połączoną z nią komorą dopalającą. Oddzielone są one od siebie przegrodą, tzw. rusztem wyłapującym. Przez kanał spalin, powstałe w cyklonie spaliny przechodzą do komory paleniskowej kotła. Przepływ wody wymuszany jest w nim przez pompę. Może być włączony w układ podgrzewacza wody lub w parownik. Wnętrze cyklonu jest okołkowane, dla wyłożenia go masą ogniotrwałą.

W płaszczu komory spalania cyklonu znajdują się dysze, którymi doprowadza się powietrze i popiół (lub inny, palny odpad). Są również dwa małe palniki gazowe lub olejowe. Ich zadaniem jest rozgrzanie komory i zainicjowanie zapłonu dopalanej substancji. Możliwe jest również zastosowanie małego palnika pyłowego.

Do cyklonu wdmuchiwany jest pył popiołowy, zmieszany z powietrzem. Dysze są tak ustawione, że cząsteczki pyłu wpadają stycznie do jego wewnętrznej powierzchni. Następnie poruszają się po spiralnym torze, wzdłuż osi cyklonu. Podczas tego ruchu, cząsteczki przebywają w cyklonie na tyle długo, że następuje ich zapalenie.

Zachodzi coś w rodzaju reakcji łańcuchowej, podczas której jedna zapalona cząsteczka powoduje zapłon następnej i tak dalej. Temperatura procesu wzrasta powyżej 1500°C, co powoduje stopienie całej masy popiołu. Tworzy ona na ściankach cyklonu płynny płaszcz.

Ponieważ oś cyklonu jest ustawiona pod lekkim nachyleniem, stopiony popiół spływa do drugiej jego części, oddając dalej ciepło do wody, przepływającej przez ściany cyklonu. Stamtąd płynny żużel wypływa do mokrego odżużlacza, gdzie tworzy zastygłą i szklistą masę (tzw. granulat).

Dzięki takiej strukturze uwięzione w nim zostają substancje, jakie były w węglu, np. metale ciężkie. Żużel jest całkowicie odporny na wypłukiwanie ich przez wodę. Dlatego może być składowany bezpiecznie na otwartych składowiskach lub być użyty na warstwy podkładowe dróg, bez obaw o wody gruntowe.

Spaliny z osi cyklonu wpadają do komory paleniskowej kotła. Na ruszcie wychwytującym, znajdującym się w komorze wtórnej cyklonu, zostają zatrzymane resztki stopionego popiołu. Zapobiega to osadzaniu się ich na powierzchniach ogrzewalnych kotła.

Aby proces spalania był stabilny, a zapłon cząsteczek następował samoczynnie, zawartość węgla w popiele lotnym powinna wynosić przynajmniej 20-25%.

Chcąc dopalać popiół o niskiej zawartości niedopału, należy cały czas wspomagać proces palnikami. Najlepszym jest palnik pyłowy, zasilany z tej samej instalacji młynowej, co kocioł.

Instalacja LDS zbudowana jest następująco: spod elektrofiltra i lejów drugiego ciągu popiół transportowany jest pneumatycznie, do przykotłowego zbiornika popiołu lotnego (ZPL).

Pod ZPL znajdują się podajniki celkowe, podające popiół do przewodów tłocznych. Dalej, popiół transportowany jest przez powietrze do cyklonu. Jest to powietrze gorące, podawane przez dodatkowy wentylator.

Instalacja cyklonu dopalającego może pracować również okresowo oraz być zasilana popiołem z kilku kotłów, mając tylko jeden cyklon. InfraServ wykorzystał ciepło odpadowe zawarte w wodzie chłodzącej granulator. Następuje to przez układ filtra (37) i wymiennika ciepła (38). Ciepło to wykorzystano do podgrzewu zimnej, uzupełniającej wody zasilającej kotły.

W Polsce są firmy, trudniące się kupnem i zagospodarowaniem produktu powstałego w czasie procesu. W Niemczech, granulat odbierany jest m. in. przez producentów betonowych elementów budowlanych, kostki brukowej oraz pustaków, którzy używają go jako kruszywa. Odpowiada on swoim składem materiałom dopuszczanym do obrotu budowlanego wg normy DIN 4226, załącznik DIN 4226 – 0/4b – eQ, tzn. nie posiada w wolnej formie substancji, które dyskwalifikowałyby go z tego obrotu. Stosuje się go też na warstwy mrozoodporne lub zamiast piasku w cegielniach.

Firma LLS jest w stanie zagwarantować poziom emisji NO_x < 200 mg/Nm³ po ocenie i analizie kotła przeznaczonego do modernizacji. Oznacza to, że mogą być sytuacje wynikłe z konstrukcji kotła, nie pozwalające zagwarantować przy technologii LDS emisji na tak niskim poziomie.

Michał Affanasowicz

Siedziba Zarządu: 44-100 Gliwice, ul. Jasnogórska 11
tel./fax 032/231-65-31, fax 032/238-93-86 GSM: 0-601-51-40-61
Biuro w Warszawie: 02-981 Warszawa, ul. Augustówka 5, tel./fax 0-22/858-81-08