BADANIA ODSIARCZANIA SPALIN NA STANOWISKU

BADANIA ODSIARCZANIA SPALIN NA
STANOWISKU PILOTAŻOWYM Z CYRKULACYJNĄ
WARSTWĄ FLUIDALNĄ CFB 0,1MWt ORAZ
STANOWISKU DO BADANIA REAKTYWNOŚCI
SORBENTÓW
Daniel Markiewicz
Odsiarczanie spalin na stanowisku CFB 0,1MWt
Badania na stanowisku z cyrkulacyjną
warstwą fluidalnąCFB 0,1MWt obejmowały:
a) Określenie tła SO2 dla węgla kamiennego
b) Odsiarczanie spalin przy użyciu czystego
CaCO3 podawanego wraz z paliwem w
stosunku masowym Ca/S = 2 ,Ca/S=3 oraz
Ca/S = 4,5.
Rys 1. Schemat instalacji pilotażowej do CFB oxycombustion o mocy 0,1 MWt.
1- doprowadzenie wstępnie podgrzanej mieszanki powietrzno-tlenowej, 2- komora spalania,
3- podgrzewacze elektryczne, 4 – cyklon, 5- układ nawrotu z syfonem, 6- odprowadzenie spalin
oraz analiza spalin, 7- punkty pomiary ciśnienia i temperatury.
Odsiarczanie spalin na stanowisku CFB 0,1MWt
Analiza węgla kamiennego (Łagisza)
Tabela 1.Analiza techniczna i elementarna paliwa
Przeprowadzone badania miało na celu określenie
stopnia redukcji SO2 z gazów odlotowych po
zastosowaniu sorbentu wapiennego przy stosunku
masowym Ca/S = 2 ,Ca/S=3 oraz Ca/S = 4,5.
Odsiarczanie spalin na stanowisku CFB 0,1MWt
wykres sirczanowania wapienia przy stosunku Ca/S =2,0
1300
1600
wykres tla stezenia SO2
1250
1550
1500
1200
stezenie SO2 (ppm)
stezenie SO2 (ppm)
1450
1400
1350
1300
1250
1200
1150
1150
1100
1050
1000
950
1100
900
1050
0
1000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
czas(min)
czas( min)
Wykres 1. Krzywa stężenia SO2 w gazach odlotowych przez
procesem odsiarczania spalin
Wykres 2. Krzywa stężenia SO2 podczas odsiarczania spalin za
pomocą wapienia dodawanego razem z paliwem przy stosunku
masowym Ca/S= 2,0.
Odsiarczanie spalin na stanowisku CFB 0,1MWt
wykres siarczanowania wapienia przy Ca/S=3,0
1300
1250
1200
1200
1150
1150
1100
1100
1050
stezenie SO2(ppm)
stezenie SO2(ppm)
wykres siarczanowania wapienia przy Ca/S=4,5
1300
1250
1000
950
900
850
800
750
700
1050
1000
950
900
850
800
750
700
650
650
600
600
550
550
500
500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
czas(min)
Wykres 3. Krzywa stężenia SO2 podczas odsiarczania spalin
za pomocą wapienia dodawanego razem z paliwem przy
stosunku masowym Ca/S= 3,0.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
czas(min.)
Wykres 3. Krzywa stężenia SO2 podczas odsiarczania spalin
za pomocą wapienia dodawanego razem z paliwem przy
stosunku masowym Ca/S= 4,5.
Badania na stanowisku do reaktywności sorbentów z
pionowym przepływem gazów
Rys 3. Zdjęcie stanowiska badawczego do analizy reaktywności sorbentów.
Badania na stanowisku do reaktywności sorbentów miały na celu określenie stopnia redukcji
SO2 z mieszaniny gazów technicznych przy różnych stężeniach CO2 wynoszących
15%,40%,60% oraz 95% CO2.
Analiza stopnia redukcji SO2 w różnych koncentracjach
gazów przy udziale wapienia
2200
2200
2100
2100
2000
2000
1800
1900
1700
1800
1600
1700
1500
krzywa siarczanowania wapienia
1400
1300
1200
SO2 (ppm)
SO2 (ppm)
1900
krzywa sierczanowania wapienia
1600
1500
1400
1300
1100
1000
1200
900
1100
800
1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
Czas (min)
Wykres 6. Redukcja SO2 za pomocą wapienia (Górażdze)
w atmosferze 15% CO2 ,6 % O2 (Tło SO2 – 2061 ppm,
temperatura- 853,4°C, masa próbki CaCO3-7g
Stopień redukcji SO2 – 56,4%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Czas (min)
Wykres 7. Redukcja SO2 za pomocą wapienia (Górażdze)
przy 40% koncentracji CO2 i 60% koncentracji O2 (Tło SO2 –
2123 ppm, temperatura- 854,5°C, masa próbki CaCO3-7g
Stopień redukcji SO2 – 35,3%
2300
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
SO2 ( ppm)
SO2 (ppm)
Analiza stopnia redukcji SO2 w różnych koncentracjach
gazów przy udziale wapienia
krzywa sirczanowania wapienia
1400
krzywa siarczanowania wapienia
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600
500
0
1
2
3
4
5
6
7
Czas (min)
Wykres 8. Redukcja SO2 za pomocą wapienia (Górażdze)
przy 80% koncentracji CO2 i 20% koncentracji O2
(Tło SO2 – 2125 ppm,temperatura- 854,2°C, masa próbki
CaCO3-7g ). Stopień redukcji SO2 – 41,2%
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Czas (min)
Wykres 9. Redukcja SO2 za pomocą wapienia (Górażdze)
przy 95% koncentracji CO2 i 5% koncentracji O2
(Tło SO2 – 2050 ppm,temperatura- 854,2°C, masa próbki CaCO3-7g ).
Stopień redukcji SO2 – 28,3%
Podsumowanie
Jak można zaobserwować na podstawie przedstawionych wykresów odsiarczania spalin na
stanowisku CFB 0,1MWt większy udział masowy Ca/S powoduje wyższy stopień redukcji siarki
ze spalin. Przebieg krzywych odsiarczania spalin jest zróżnicowany. Wartości stężenia SO2 w
czasie ulega niekiedy znacznym wahaniom, czego przyczyną może być nierównomierne
wprowadzenie sorbentu wraz z węglem przez podajnik ślimakowy do komory spalania.
Ponadto zaobserwowano dłuższy powrót stężenia SO2 z najniższego poziomu do poziomu tła w
przypadku zwiększonych ilości wapienia.
W przypadku badań przeprowadzonych na stanowisku do określania reaktywności sorbentów
wapniowych z pionowym przepływem gazów z uzyskanych wyników możemy zaobserwować
największą redukcję SO2 przy najniższym stężeniu CO2 w mieszaninie gazów, gdy występuje
w pełni mechanizm kalcynacji i siarczanowania wapienia.
Przy wysokich stężeniach CO2 w mieszaninie gazów spalinowych proces bezpośredniego
siarczanowania zachodzi, lecz jego efektywność jest mniejsza w porównaniu do
konwencjonalnego mechanizmu siarczanowania.Obserwuje się również w tych przypadkach
znacznie szybszy powrót stężenia SO2 do pozycji tła niż w przypadku niskiego stężenia CO2 w
spalinach.
Literatura
[1] M.Olas .Rozprawa doktorska „Reaktywność sorbentów wapniowych poddanych
mechanicznej aktywacji.Politechnika Częstochowska, 2006r.
[2] Liu, H., Katagiri, S. and Okazaki, K. (2000): Sulfation behavior of limestone under high CO2
concentration in O2/CO2 coal combustion, Fuel, 79, 945-953.
[3] Chuanmin Chen, Changsui Zhao, Cai Liang, Keliang Pang “Experimental Study on the Sulfation
Characteristics of Limestone with SO2 under High CO2 Partial Pressure” North China Electric Power
University, Baoding 071003, China.