REDUCEREA EMISIILOR POLUANTE

IN TERMOCENTRALE

1

Cuprins

1. Generalităţi……………………………………………………………… 3

2. Controlul calităţii mediului2.1. Instrumente de reglementare………………………………… 42.2. Instrumente economice……………………………………..... 7

3. Măsurile de control ecologic şi sectorul energetic……………………. 8

4. Tehnologii de neutralizare a emisiilor acide4.1. Metode de reducere a emisiilor poluante………………….... 134.1.1 Îmbunătăţirea randamentului………………………………...13

4.1.2 Reducerea emisiilor de NOx……………………..……………14

4.1.3 Reducerea emisiilor de SO2……………………………...……21

4.2. Instalaţii de neutralizare pentru emisiile acide rezultate din procese termice

4.2.1. Procedeul de desulfurare în sistem uscat …………………….22

4.2.2. Procedeul umed de desulfurare………………………………..23

4.2.3. Sistem de tratare a gazelor Babcock-Hitachi…………………24

5. Procesul de desulfurare cu oxid de calciu (CaO)………………………27

1. Generalităţi.

2

Prin coşurile de fum, termocentralele emit în atmosferă, continuu şi constant, volume imense de gaze de ardere ce conţin concentraţii relativ mici de gaze poluante si particule, Ca urmare, în mod justificat, termocentralele clasice cu cazane convenţionale sunt considerate surse staţionare de emisie antropice importante. Poluanţii prezenţi în gazele de ardere în momentul evacuării lor la gura coşului, numiţi poluanţi primari (de exemplu : SO2. SO3, NO, N02, CO, CO2

etc.), pot rămâne ca atare şi deci se găsesc nemodificaţi în pana de fum la distanţă mai mică sau mai mare de sursa de emisie (de exemplu: CO2) sau dimpotrivă, se pot transforma în poluanţi secundari (NO, NO2, SO4

2- etc.). Atât poluanţii primari, cât şi cei secundari pot intra în lanţuri de reacţii cu alţi poluanţi sau cu gaze ce intră în compoziţia naturală a aerului si pot favoriza formarea poluanţilor terţiari (de exemplu : ozonul). Impactul asupra mediului ambiant, al funcţionării termocentralelor trebuie analizat şi găsite soluţii de reducere a lui ţinând seama de poluarea:

- locală ( particule, compuşi volatili);- regională (emisii de bioxid de sulf, oxizi de azot, care pot

produce poluarea la nivel naţional sau transfrontieră)- globală (concentrări de CO2, gaz metan şi alte gaze ce produc

efectul de seră) In Europa, acidifierea se produce, în special, din cauza emisiilor de oxid de azot (32%), oxid de sulf (44%) si, respectiv, de amoniac (24%). Astfel, raportul Agentiei Europene pentru Mediu din 1998 arata ca “efectele pentru Europa sunt grave si greu de remediat”. Reglementari internaţionale importante reclama controlul acestui tip de emisii conducand astfel la identificarea solutiilor tehnice si tehnologiilor de depoluare corespunzatoare. Acidifierea este determinata, in principal, de emisiile de oxid de azot si, respectiv, de oxid de sulf, un pericol sporit fiind atunci cand cei doi oxizi sunt prezenti simultan. Pentru reducerea impactului termocentralelor existente asupra calităţii aerului trebuiesc găsite măsuri de reducere a emisiilor şi anume: 1. Măsurile de reabilitare a unei termocentrale existente să aibă în vedere şi acele lucrări care să contribuie la reducerea emisiilor (gaze şi particule), în acest scop s-au elaborat tehnologii care se aplică în diverse zone ale circuitului combustibil-gaze de ardere (înainte de ardere, în procesul arderii, pe traseul de evacuare al gazelor). 2. Dintre tehnologiile de reducere a oxizilor de azot din gazele de ardere, se menţionează printre altele şi arzătoare specializate de tip „low Nox”, reducerea catalitică selectivă (SCR- selective catalytic reduction), reducere necatalitică selectivă (SNCR – selective non catalytic reduction). 3. Dintre tehnologiile de reducere a bioxidului de sulf din gazele de ardere se menţionează, printre altele, instalaţiile de desulfurare a gazelor ( FGD

3

–Flue gas desulfurization) de tip umed, uscat şi semi-uscat. 4. Există şi procese combinate de reţinere a bioxidului de sulf şi oxizilor azot care se obţin prin modificarea fie a procesului FGD, fie a celui SCR, fie prin aplicarea ambelor procese. 5. În toate procesele de eliminare a S0x şi NOX din gazele arse rezultă produse secundare pentru care trebuie să fie disponibile tehnologii de stabilizare a acestora si pieţe de desfacere. 6. Trebuie să se ţină seama că aceste procese sunt mari consumatoare de energie, astfel că pe ansamblul unităţii randamentul scade şi creste emisia de C02. 7. În etapa actuală nu sunt disponibile tehnologii pentru reducerea emisiei de CO2. Scruberele de CO2 cauzează o reducere importantă a eficienţei procesului de producere a energiei electrice, pînă la 50%, şi de asemenea depozitarea CO2 necesită costuri considerabile. Soluţia de reducere a emisiei de CO2 poate fi luată în considerare la instalarea unităţilor noi prin utilizarea unor tehnologii avansate de ardere cum ar fi ciclu mixt turbină cu gaze turbină cu abur, ceea ce permite atingerea unor randamente de 55% 8. Retehnologizarea (repowering) urmăreşte aplicarea tehnologiilor care să permită obţinerea unor performanţe îmbunătăţite de către o instalaţie existentă cu scopul creşterii disponibilităţii si fiabilităţii, creşterea randamentului, reducerii costurilor de funcţionare si întreţinere, reducerii si controlului poluării mediului ambiant. 9. Retehnologizarea unei termocentrale funcţionând cu cărbune include înlocuirea cazanelor din termocentrală cu o tehnologie „curată", cum ar fi instalaţia integrată cu gazeificator şi ciclu combinat abur-gaze (IGCC).

2. Controlul calităţii mediului

2.1 Instrumente de reglementare directă

2.1.1 Standarde de calitatea mediului. Aceste standarde, elaborate pentru aer, ape şi sol, au drept obiectiv protejarea sănătăţii speciei umane sau a ecosistemelor şi sunt, de regulă, bazate pe relaţii stabilite ştiinţific doză-efect, adică estimarea efectelor asupra anumitor parametri de calitate ai sănătăţii, umane sau a ecosistemelor, pentru o anumită doză de agent poluant. Concentraţiile medii admisibile, de-a lungul unei anumite perioade de timp şi pe un areal strict definit, pentru diverşi agenţi poluanţi definesc cu precizie ce înseamnă indicatorii de "calitate" Este evidentă necesitatea dotării cu echipament de monitorizare a concentraţiei agenţilor poluanţi, dar, în general, acest instrument nu face altceva decât să atragă atenţia asupra încălcării admisibile, fără a furniza indicaţii asupra măsurilor care trebuie luate.2.1.2 Reglementări privind calitatea combustibilului {Standarde de produs).

4

Pentru a completa standardele de calitate a aerului, o abordare cuprinzătoare In domeniul reglementarilor implica adoptarea unor standarde de produs şi stabilirea unor limite de emisie. Pentru combustibili, standardele de produs se structurează în funcţie de combustibilii uzuali şi vor fi elaborate ţinând cont de disponibilităţile tehnice, şi costurile procedeelor de curăţire. Reglementările de calitate, pentru combustibilii folosiţi in transport, trebuie să includă limitări asupra conţinutului de benzen, plumb şi/sau volatilităţii produsului.

2.1.3. Standarde de emisie.Standardele privind emisiile sunt importante pentru elaborarea strategiilor

de exploatare a aerului, apei şi la operarea cu reziduuri, ele fiind folosite În conjuncţie cu alte instrumente de reglementare, cum ar fi standardele de calitate a apei şi a aerului. Aceste standarde stabilesc rate de emisie admisibilă pe tip de sursă emiţătoare (transport, centrale electrice, industrie) şi pe tip de agent poluant. În mod uzual, aceste standarde conţin şi clauze speciale privind aplicarea lor mai puţin restrictivă la instalaţiile de mică capacitate sau la cele suficient de vechi.Standardele privind emisiile sunt elaborate ţinând cont de disponibilitatea tehnologiilor noi, "curate", şi a mijloacelor de control, precum şi eficienţa economica a acestora. Ţările membre ale OECD au stabilit astfel de standarde pentru instalaţiile de ardere de mare capacitate, noi, privind cei mai importanţi agenţi poluanţi, produşi de acestea (SOx, NOx, praf), iar organisme specializate caută în permanenţă să aducă la zi aceste limite admisibile.

Japonia U.S.A. E.U.

SOx 50÷ 100 ppm150÷ 300 mg/Nm3

Max.:480ppm(1370 mg/Nm3)

Max.:140 ppm(400 mg/Nm3)Cărbune

păcură idem Max.: 350 ppm(1000 mg/Nm3)

idem

Praf 100 mg/Nm3

10 mg/Nm3 (local)35 mg/Nm3) 50 mg/Nm3

cărbune

păcură 50 mg/Nm3

10 mg/Nm3 (local)40 mg/Nm3 50 mg/Nm3

NOx 200 ppm(30-50 ppm) local

385 ppm40 ppm (centrale noi)

100 ppm

cărbune

păcură 130 ppm50 ppm (local)

260 ppm 75 ppm

2.1.4. Standarde privind tehnologiile recomandate.

5

Acest tip de standarde reprezintă expresia celei mai rigide abordări a reglementărilor de protecţie a mediului. Prin intermediul lor se definesc în mod precis tipurile de tehnologii de control al emisiilor poluante, care ar trebui utilizate pentru fiecare caz în parte. Datorită lipsei de flexibilitate, acest gen de reglementări este relativ puţin folosit.

2.1.5.Licenţa Eliberarea de licenţe este un element cheie In controlul amplasării şi funcţionării unor noi instalaţii. Există două aspecte tratate prin intermediul licenţei: licenţa eliberată pentru construcţia şi/sau funcţionarea unei noi instalaţii şi licenţa pentru vânzarea produselor. O condiţie preliminară pentru eliberarea unei licenţe trebuie s-o constituie pregătirea unui dosar referitor la aprecierea impactului ecologic al noii instalaţii, cu observaţia că licenţa poate fi revocată în cazul neîndeplinirii nivelului de performanţe scontat In privinţa emisiilor poluante. Astfel, se oferă condiţii pentru autorizarea instalaţiei, atât la începutul construcţiei, cât şi de-a lungul perioadei de funcţionare, luând în calcul şi evoluţiile ulterioare In domeniul protecţiei mediului. Licenţa pentru vânzarea produselor se referă, în special, la producătorii de autoturisme şi se bazează pe un sistem de apreciere a performanţelor, univoc exprimat, pentru acest tip de produs.

2.1.6. Zonarea Acest concept se referă la instalaţiile staţionare şi restrânge, din punct de vedere geografic, amplasamentul acestora. Adesea, este combinat cu mecanismul prezentat mai sus, cel de obţinere a licenţei de funcţionare, pentru intrarea în funcţiune fiind necesare, atât o licenţă, cât şi un aviz favorabil de amplasament geografic. Astfel, se poate exercita un control eficient al nivelurilor de emisie poluantă, precum şi o direcţionare a dezvoltării industriale spre zone mai puţin sensibile ecologic. Planificarea ocupării teritoriului şi eliberarea de licenţe au fost mijloace eficiente de control al impactului ecologic, produs In special de dezvoltarea capacităţilor de procurare a energiei.

2.1.7. Reglementări de securitate Reglementările de securitate sunt elaborate pentru a minimiza riscurile asociate activităţilor industriale, atât în ceea ce priveşte protecţia muncii, cât şi domeniul protejării populaţiei din arealul respectiv. Cele mai multe activităţi din sectorul energetic, în special producerea şi transportul energiei electrice sunt menţinute sub control de reglementările de securitate, proiectate să prevină catastrofe ecologice Reglementările de securitate sunt invocate în numeroase instrumente de reglementări directe, cum ar fi acordarea de licenţe pentru instalaţii noi sau monitorizarea şi procedurile de mentenanţă pentru instalaţiile existente.2.1.8. Mecanisme de întărire a legislaţiei

6

Pentru a asigura şi întări viabilitatea şi eficacitatea reglementărilor ecologice, este necesară elaborarea unor mecanisme speciale, bazate pe instrumente legale, mergând de la retragerea licenţei până la urmărire judiciară. Aceste măsuri de întărire trebuie să încorporeze şi o componentă economică sau financiară. De pildă, se pot impune amenzi pentru nerespectarea nivelurilor permise prin reglementări legale privind emisia de agenţi poluanţi, cuantumul sumei fiind în directă corelaţie cu beneficiul obţinut prin nerespectarea limitelor stabilite. De mai mulţi ani, în Statele Unite se aplică un sistem de amendare mai stringent privind eliminarea de agenţi cu risc crescut de contaminare: valoarea amenzii este stabilită astfel încât să acopere toate costurile de reabilitare şi pagubele rezultate in urma deversării deliberate de substanţe poluante în mediul înconjurător.

2.2. Instrumente economice

Orice sistem de reglementări ecologice trebuie să fie dublat de existenta unor mijloace financiare care să îi ofere un sprijin. In domeniul protecţiei mediului, instrumentele implicate variază de la taxe pe efluenţi poluanţi şi diferenţieri de impozitare, pentru conformarea la nivelurile admisibile ale emisiilor, până la necesitatea de asigurare a responsabilităţii. In cazul reglementărilor privind calitatea apei, poluarea sonică sau managementul deşeurilor, instrumentele economice au un fundament relativ precis, pe când în căzui aerului există probleme privind aplicabilitatea lor, datorită dificultăţilor de implementare a instrumentelor de control şi de măsurare. Cel mai adesea, instrumentul economic este proiectat să ofere stimulente pentru a declanşa operaţii de control şi de reducere a emisiilor poluante, iar, prin combinarea cu alte instrumente de reglementare, se poate obţine un pachet de mijloace eficiente pentru protecţia mediului, şi anume taxele. Taxele asociate afluenţilor sau emisiilor de agenţi poluanţi se bazează pe un sistem care tine cont de cantitatea şi/sau concentraţia substanţelor deversate în mediul înconjurător. Taxele de utilizator sunt un concept similar, doar că ele reprezintă plăţi directe pentru acoperirea tratării afluenţilor poluanţi ai unor instalaţii de interes public sau ai unor platforme industriale comune. Taxele de emisie şi de utilizator sunt, de regulă, mai puţin importante în ceea ce priveşte sectorul energetic, ele fiind utilizate cu succes în managementul resurselor de apă. Taxele percepute sunt utilizate fie pentru reducerea emisiilor poluante fie pentru acoperirea deficitului financiar al bugetului de stat.

3. Măsurile de control ecologic şi sectorul energetic

Un concept general al oricărei politici energetice este şi va fi întotdeauna securitatea energetică. O serie de schimbări ale cadrului politic pot avea implicaţii socio-economice asupra securităţii energetice a unei ţări, în special

7

cele care au efect în planul diversităţii şi disponibilităţii unor resurse energetice. Dintre aceste schimbări, cele dedicate controlului calităţii mediului joacă un rol important datorită orizontului de proiecţie mai lung şi impactului semnificativ asupra compatibilităţii anumitor resurse energetice a noilor reglementări în domeniul poluării mediului. Securitatea energetică necesită existenţa unor suficiente disponibilităţi de resurse energetice, atât în cantităţi fizice, cât şi în planul preţurilor pe piaţă, care să permită o dezvoltare economică independentă. Principalii factori care concură la realizarea securităţii energetice sunt:- existenţa unor cantităţi fizice suficiente de materii prime energetice precum şi a capacităţilor de producţie, transport, prelucrare şi distribuţie, care să satisfacă cererea de-a lungul unui orizont de prognoză acoperitor;- capacitatea sistemului de a răspunde corespunzător la perturbaţii specifice, pe termen mediu, în domeniul aprovizionării cu resurse energetice;- capacitatea de a reduce vulnerabilitatea sistemului, pe termen lung, într-o manieră eficientă în planul costurilor prin:• eficienţă energetică crescută şi măsuri eficiente de conservare;• diversitatea resurselor energetice utilizate ;• prospectarea activă şi dezvoltarea patrimoniului de resurse energetice, economic exploatabile;• dezvoltarea de noi tehnologii în domeniul energiei. Factori, care nu ţin de domeniul energetic, pot provoca schimbări în ceea ce priveşte modelele cererii, dar şi ale aprovizionării cu resurse energetice. Astfel, disponibilitatea şi preţul resurselor energetice sunt sensibile la:- evoluţia pieţei internaţionale ;- progresul tehnologic general;- dezvoltarea demografică şi schimbări ale stilului de viaţă;- evoluţii macro şi microeconomice în alte sectoare decât cel energetic, în special creşterea economică, structura industriei, politicile fiscale, tendinţele pieţei financiare internaţionale. Posibilităţile tehnice împreună cu realităţile economice şi financiare sunt principalii factori care acţionează în dezvoltarea şi funcţionarea sectorului energetic. Astfel, se pot defini grosier două clase de influenţe primare, pe care le exercită măsurile cu caracter ecologic asupra activităţilor din sfera energiei:- restricţii fizice asupra dezvoltării şi funcţionării activităţilor din sectorul energetic;- schimbări în preţurile resurselor energetice şi ale tehnologiilor de procesare. Există o puternică interdependenţă între aceste tipuri de influente, întrucât orice schimbare în aprovizionarea cu resurse energetice sau în planul cererii se transferă într-o schimbare de preţuri şi costuri de producţie, care, la rândule, pot modela reacţia producătorilor şi consumatorilor la aceste schimbări de pe piaţă. Aceste influente primare pot induce, la rândul lor, o întreagă gamă de influente secundare asupra multor factori implicaţi în activităţile din sectorul energetic:

8

• schimbări în planul aprovizionării cu resurse energetice;• schimbări în planul cererii;• efecte asupra opţiunii privind combustibilul şi asupra competitivităţii unor combustibili;• efecte asupra opţiunilor tehnologice şi priorităţilor activităţilor de cercetare şi dezvoltare.

3.1. Efecte primare

3.1.1. Restricţii fizice asupra dezvoltării şi funcţionării sectorului energetic Atunci, când măsurile de control ecologic sunt orientate în special către restrângerea sau prevenirea dezvoltării şi/sau funcţionării unor anumite părţi sau către toate segmentele ciclului de prelucrare a unui combustibil, impactul este resimţit în modul cel mai direct. In funcţie de care segment al ciclului de combustibil este supus reglementării, efectul poate fi mai extins pe termen scurt (când restricţiile sunt asupra producţiei) sau pe termen lung (când se impun restricţii asupra utilizării produsului). Instrumentele de control, care acţionează, în primul rând, asupra activităţilor din sectorul energetic, includ: reglementări privind utilizarea combustibililor, licenţele de funcţionare şi zonarea, precum şi măsurile politice, cu cuprindere largă, orientate spre stoparea, eliminarea sau temporizarea activităţilor poluante, încă din stadiul de planificare energetică naţională. A aprecia tendinţele care rezultă din aplicarea acestor instrumente de control este o sarcină care trebuie să ţină cont de costurile, sociale şi economice, ridicate, precum şi de disponibilitatea economică şi fiabilă a resurselor alternative şi a tehnologiilor de control, acceptate prin reglementări. Efectul cumulativ al restricţiilor locale, relativ independente, referitoare la ampla-samentul capacităţilor de producţie, poate atinge niveluri comparabile cu măsurile restrictive, cu caracter naţional. Este foarte probabil, ca această tendinţă să fie de durată, de vreme ce, în numeroase ţări, îngrijorarea, legată de diverse segmente ale ciclurilor combustibililor, se manifestă tot mai acut în faza de eliberare a licenţelor de construcţie/funcţionare. În viitorul apropiat, funcţionarea ciclului cărbunelui ar putea fi sever restricţionată în aproape toate segmentele sale, datorită iminenţei acţiunilor orientate spre limitarea schimbărilor climatice globale -controlul efectului de seră. Acţiunile de conservare a energiei, îmbunătăţirea eficientei energetice, pe de-o parte, precum şi restricţiile privind utilizarea combustibililor fosili sau chiar interzicerea acestora, pe de alta, par a fi cele mai eficiente măsuri de limitare a emisiilor de CO2 în cazul că efortul internaţional se va orienta spre temporizarea procesului de încălzire globală .

9

3.1.2. Schimbări în costul resurselor energetice si al tehnologiilor de prelucrare Elementele de cost, asociate fiecărui stadiu al ciclului oricărui combustibil, sunt afectate de majoritatea măsurilor de control al calităţii mediului. Astfel procedura de eliberare a unei licenţe sau, mai general, restricţiile de amplasare a unui obiectiv, implică elaborarea de către solicitant a unei documentaţii cuprinzătoare, de apreciere a impactului ecologic, precum şi o prezentare amănunţită a măsurilor de remediere propuse. Cel mai adesea, în stadiul de eliberare a licenţei, este solicitată şi prezentarea unor metode de reabilitare a amplasamentului ulterior dezafectării obiectivului, precum şi a măsurilor de imunizare ecologică. Toate acestea pot conduce la costuri suplimentare, atât în stadiul de proiectare, cât şi în timpul funcţionării. Reglementările cu caracter ecologic pot solicita instalarea unor echipamente de control al calităţii mediului, tehnologii de control, specifice activităţii desfăşurate, sau utilizarea celei mai adecvate tehnologii disponibile (best-available-technology). Astfel de măsuri implică investiţii pentru tehnologii suplimentare de control al poluării (Desulfurarea Gazelor de Ardere - FDG, Reducere Catalitică Selectivă etc.), pentru schimbarea de echipamente sau chiar de procese tehnologice care conduc la modificarea sau înlocuirea sistemelor existente (arzătoare cu nivel scăzut al emisiilor NOx, pentru cazane pe bază de cărbune sau derivaţi petrolieri etc.), iar implicaţiile în planul costurilor sunt evidente. Măsurile de control, cu caracter ecologic, asupra evacuării şi depozitării deşeurilor s-au îmbunătăţit în ultima perioadă, atât în orientare, cât şi în complexitate, şi, ca o consecinţă, operaţiile de evacuare a deşeurilor au devenit o componentă importantă în stabilirea costurilor producţiei pentru o serie întreagă de activităţi din sfera energiei. Putem aprecia că, pe viitor, datorită cantităţilor crescânde de deşeuri care trebuie evacuate, aceste operaţii vor avea un impact substanţial asupra preţului resurselor energetice şi a tehnologiilor lor de prelucrare. O serie întreagă de instrumente economice, utilizate pentru controlul ecologic, au un impact direct asupra costurilor producţiei şi consumului de energie. Ca exemple, pot fi citate taxele pe produse energetice, cum sunt cele aplicate asupra cărbunelui şi petrolului, în funcţie de conţinutul de sulf, şi asupra benzinei, în funcţie de conţinutul său de plumb. În pofida dificultăţilor întâlnite în procesul de evaluare precisă a costurilor, produse de măsurile de control al calităţii mediului, datorită creşterii ariei de acţiune a reglementărilor ecologice şi înăspririi acestora, costurile asociate prezervării calităţii mediului vor deţine, în curând, o pondere însemnată în cheltuielile de investiţii şi funcţionare a activităţilor din sectorul energetic. De pildă, un studiu desfăşurat asupra centralelor noi pe cărbune, echipate cu mijloace specifice, de control al emisiilor poluante pentru un spectru larg de poluanţi, a evidenţiat o creştere a investiţiei totale cu circa 30-35%.

10

3.2.Efecte secundare

3.2.1. Schimbări în planul aprovizionării cu resurse energetice Activităţile de aprovizionare cu resurse energetice sunt ţinta multor preocupări privind securitatea mediului înconjurător, şi, ca urmare, fac obiectul unor reglementări de natură ecologică. Acest lucru a contribuit la înăsprirea termenilor reglementărilor, reflectată mai ales în restricţiile de amplasare cu caracter mai cuprinzător şi într-o măsură mai mică în planul costurilor de producţie. Evident, că vor fi afectate capacităţile de aprovizionare cu resurse energetice.

3.2.2. Schimbări în planul cererii de energie Deşi impactul măsurilor de control ecologic asupra costului mediu al energiei pentru utilizatori pare a fi destul de scăzut in această etapă, acest sector prezintă un potenţial de absorbţie a unor schimbări de cost semnificative. Trebuie avut în vedere faptul că, în funcţie de elasticitatea cererii, dacă creşterea costului este importantă, preţurile mari ale energiei pot, în cele din urmă, să tempereze cererea de energie. Utilizarea echipamentelor suplimentare de control al poluării, în conformitate cu termenii legislaţiei, conduce adesea la o scădere a eficientei energetice datorită energiei consumate de aceste echipamente. Cel mai invocat exemplu este cel al sistemelor FDG, care pot consuma, în conformitate cu estimările Agenţiei de Protecţie a Mediului a SUA, între 0,75% şi 2,7% din producţia de energie a centralei astfel echipate. Trebuie notată şi următoarea tendinţă, in creştere în ultimul timp pe plan mondial, care poate produce schimbări semnificative în evoluţia cererii de energie, în anumite ţări. Aceasta poate fi descrisă simplu prin acţiunea de reamplasare a unor activităţi energofage în ţări în care se apreciază că nu s-a epuizat încă "capacitatea de asimilare" a propriului mediu natural.

3.2.3. Schimbări în opţiunea asupra combustibilului şi în competitivitatea combustibililor Măsurile impuse pentru protejarea mediului pot afecta o mulţime de factori implicaţi în alegerea combustibilului pentru activităţi industriale sau casnice, preţ, disponibilitate, tehnologii de prelucrare, comoditate, cost al utilizării, politică guvernamentală. Ca rezultat al măsurilor ecologice, piaţa va cunoaşte o clasificare nouă în domeniul preferinţelor asupra unui tip de combustibil sau al altuia, în esenţă, cea care va suferi modificări va fi mai degrabă scala competitivităţii combustibililor, decât nivelul general al cererii. Măsurile ecologice vor afecta în mod diferenţiat costul resurselor energetice, deoarece acestea prezintă, evident, caracteristici diferite, iar tehnologiile de producţie, apte să facă procesul compatibil cu reglementările în vigoare, sunt specifice şi conduc la preturi de producţie diferite. Exemplul cel

11

mai relevant, în domeniul opţiunii asupra combustibilului, îl constituie schimbarea de pondere, în balanţa generală de consum de combustibil fosil lichid, între varietăţile cu conţinut scăzut de sulf şi cele cu conţinut bogat de sulf, in favoarea primelor. Restricţiile de amplasare au un efect important în orientarea opţiunii spre un tip de combustibil sau altul, datorită impactului asupra ofertei de resurse energetice, disponibile în arealul respectiv, şi asupra cantităţilor diverselor resurse energetice care sunt exploatate sau produse. Există factori care nu au legătură directă cu diferenţele de preţ sau cu disponibilitatea resurselor energetice, dar care pot afecta opţiunea asupra combustibilului. In decadele trecute se resimţeau efectele incertitudinii legate de evoluţia preţurilor resurselor energetice în perioada actuală, evoluţiile rapide în domeniul identificării substanţelor cu potenţial poluant şi riscurile asociate, precum şi relativa incertitudine legată de aprecierea corectă a efectelor dăunătoare a unor subproduse ale ciclurilor combustibililor au drept efect orientarea pieţei spre resurse mai "sigure" din punct de vedere ecologic, evident, cu o serie de rezerve.

3.2.4. Efecte asupra opţiunilor tehnologice şi priorităţilor activităţilor de cercetară şi dezvoltară Ca rezultat al măsurilor de protecţie a mediului s-au creat mijloace de stimulare pentru dezvoltarea de tehnologii prietenoase din punct de vedere ecologic şi, astfel, a apărut o piaţă relativ extinsă şi dinamică pentru acestea.Majoritatea eforturilor au fost orientate spre instalarea de tehnologii de control suplimentare ("add-on" control technologies), dar, în ultimul timp, interesul s-a deplasat spre tehnologiile care incumbă costuri de prevenire a poluării mai scăzute decât cele ale tehnologiilor tip "add-on" şi care, în plus, prezintă facilităţi de economisire a energiei. Tipul şi substanţa reglementărilor cu caracter ecologic afectează dezvoltarea şi viteza de comercializare a tehnologiilor prietenoase din punct de vedere ecologic. Reglementări ecologice cu caracter imperativ In domeniul tehnologiilor care trebuie utilizate pot stimula inovaţiile tehnologice. De pildă, în cazul Germaniei, limitele stricte, impuse emisiilor de NOX de către industria indigenă, au contribuit la dezvoltarea de tehnologii originale de control al acestor emisii şi s-a renunţat la cumpărarea de licenţe din Japonia, singura posesoare, la data intrării In vigoare a noilor reglementări, de tehnologii performante.

4. Tehnologii de neutralizare a emisiilor acide

4.1. Metode de reducere a emisiilor poluante Reducerea emisiilor poluante se poate realiza prin:

- îmbunătăţirea randamentului;

12

- reducerea emisiilor de NOx;- reducerea emisiilor de SO2;- reducerea emisiilor de praf.

Tehnologiile de neutralizare sunt foarte complexe, în special datorită comportamentului specific al oxizilor de azot aşa cum rezulta aceştia din procesele termice. Procedeele de neutralizare a emisiilor gazoase rezultate din procesele termice industriale pot fi catalitice sau necatalitice, având la baza fenomene de absorbţie, adsorbţie, descompunere termica sau reducere chimica. Aceste procedee sunt in sistem uscat sau lichid dar toate cuprind o serie de faze diferite din punct de vedere al complexităţii. Instalaţiile de neutralizare a emisiilor gazoase rezultate din procesele de ardere sunt cunoscute, în general, ca instalaţii de denoxare (DeNOx)-în cazul oxizilor de azot şi, respectiv, ca instalaţii de desulfurare (DeSO2)-pentru dioxidul de sulf. Tabelul de mai jos prezintă categoriile de procedee utilizate pentru neutralizarea oxizilor de azot si a oxizilor de sulf rezultaţi din procesele termice.

Procedee utilizate

Denoxare DesulfurareDenoxare-desulfurare

Procedee in sistem uscat

reducere catalitica selectiva (SCR) reducere selectiva necatalitică (RSNC)

absorbţie-reducere absorbţie regenerativa absorbţie catalitica

Procedee in sistem lichid

oxidare-absorbţie absorbţie în soluţii alcaline absorbţie în soluţii acide absorbţie în amoniac

oxidare-absorbţie reducere-absorbţie

Procedee in sistem semiuscat

absorbţie în suspensii alcaline

4.1.1 Îmbunătăţirea randamentului. O măsură pentru reducerea emisiilor de poluanţi este creşterea randamentului de producere a căldurii si energiei electrice. Randamentul depinde de tipul tehnologiei de producere folosite. Cel mai ridicat randament se obţine în cazul ciclurilor combinate gaze/abur. Randamentul de utilizare a puterii calorifice a cărbunelui poate fi îmbunătăţit dacă căldura evacuată de proces este utilizată pentru termoficare.

13

în acest fel pot fi evitate emisiile datorate încălzirii casnice individuale si poate fi minimizată evacuarea căldurii centralei prin apa de răcire sau prin turnurile de răcire. În centralele pe cărbune, randamentul poate fi îmbunătăţit prin:- controlul arderii particulelor;- reducerea excesului de aer prin monitorizarea continua a concentraţiei de CO si CO2 după cazan si controlul automat al raportului combustibil/aer ;- întreţinerea si repararea periodica a instalaţiei de ardere.

4.1.2 Reducerea emisiilor de NOx

A) Modificări aduse arderii Modificările aduse procesului de ardere sunt în strânsa legătură cu înţelegerea mecanismului de formare a emisiei de NOX:

- optimizarea condiţiilor de funcţionare (exces de aer scăzut); - arderea în două trepte;- arzătoare sărace în NOX ;- trepte de combustibil (rearderea -reburning- utilizând alt combustibil);- recircularea gazelor de ardere.

Modificările aduse arderii sunt utilizate pe scară largă pentru reducerea a 20-70% din emisia de NOX si se raportează ca fiind componente de cost atât pentru centralele existente cât si pentru cele noi. În tabelul de mai jos sunt prezentate eficienţele de reducere a NOX prin modificări aduse arderii.

Măsuri Emisia de NOX

ppmv(6% 02)Eficienta reducerii

%Referinţa 550 - 800Exces de aer redus 450 - 650 15-20Exces de aer redus + trepte de aer 300 - 500 35-45Exces de aer redus + recircularea gazelor de ardere

350-550 30-35

Exces de aer redus + trepte de aer + recircularea gazelor de ardere

200 - 400 50-60

Exces de aer redus + trepte de aer + recircularea gazelor de ardere + arzătoare sărace în NOX

150-300 60-70

Limitarea formării oxizilor de azot în timpul arderii prin măsurile primare de reducere a NOX au ca scop: scăderea temperaturii de ardere; evitarea vârfurilor de temperatură prin uniformizarea si amestecarea rapidă a reactanţilor în flacără; reducerea timpului de rezidenţă la temperaturi înalte; reducerea la sfârşitul flăcării, a oxizilor de azot deja formaţi.

14

Prima etapă în reducerea emisiilor de NOX este optimizarea condiţiilor de funcţionare. Funcţionarea cu exces de aer scăzut este o tehnică de reducere a concentraţiei de oxigen până la necesarul minim arderii complete. Măsura este eficientă pentru controlul formării de NOX din combustibil si pentru obţinerea unei cantităţi mai mici de NOX termic. Funcţionarea cu exces de aer scăzut este aplicabilă tuturor tipurilor de cazane si poate duce la o scădere cu aproximativ 15-25% a NOX în unele centrale, cu costuri minime. Aplicarea acestei tehnologii necesită un control mai atent al concentraţiei de oxigen, deoarece gradul de ardere al carbonului scade dacă excesul de aer este prea scăzut. În cazul arderii cu trepte de aer (ardere în trepte) cărbunele este ars în vecinătatea sau sub nivelele de oxigen (condiţii de exces de combustibil). Acest lucru reduce disponibilitatea de oxigen în prima zonă de ardere, fiind eficient pentru controlul NOX din combustibil. După aceea, se introduce aerul terţiar (15-25% din totalul de aer necesar arderii) deasupra liniei de arzătoare, pentru a completa procesul de ardere la o temperatură scăzută. Emisiile de NOX

sunt reduse cu până la 35%. Arderea în trepte este eficientă din punct de vedere al costului, dar nu se aplică singură datorită reducerii limitate de NOX si pentru că accelerează coroziunea pereţilor ţevilor. Arzătoarele sărace în NOX împreună cu arderea în trepte, sunt în general, combinaţia cea mai utilizată pentru reducerea emisiilor de NOX cu 30-60%. Arzătoarele sărace în NOX implică etapizarea aerului în flacără. Scopul etapizării aerului în arzător este acela de a întârzia amestecul cărbune-aer în zona arzătorului, la fel ca la arderea în trepte. Cu arzătoarele sărace în NOX, o parte din flacără se află în condiţii de exces de combustibil. Excesul de hidrocarburi, radicalii conţinând hidrogen/oxigen şi azot, interacţionează prevenind formarea de NOX. Arderea în trepte de combustibil (rearderea) utilizând cărbune, păcură sau gaz natural, este o tehnologie de reducere a NOX aplicabilă tuturor tipurilor de cazane. Metoda permite reducerea emisiilor de NOX cu aproximativ 40 - 70%. Rearderea înlocuieşte în mod uzual cam 15-20% din totalul de căldură care intră în cazan. Din punct de vedere al căldurii intrate, aproximativ 80-85% din cantitatea de cărbune este arsă în zona de ardere principala, urmată de etapa introducerii a 15-20% în zona de reardere, amplasată la o înălţime ridicată în cazan. Se crează astfel o zonă bogată în combustibil, în punctul de injectare a combustibilului de reardere. Radicalii rezultaţi prin rearderea combustibilului de reardere reduc NOX şi N2. Aerul adiţional (aerul de reardere) este introdus deasupra zonei pentru a asigura o ardere completă. În principiu se pot utiliza pentru recombustie (reardere sau rebuming), hidrocarburi lichide sau gazoase. În practică, utilizarea hidrocarburilor lichide este foarte dificilă, deoarece reziduurile nearse pot să fie sub formă de particule solide care sunt greu de distrus şi pe care le găsim apoi la ieşirea din coş. Recombustia a făcut obiectul unui număr mare de încercări si de instalaţii pilot, în domenii diferite, respectiv pentru: instalatii de incinerare, în

15

care combustibilul principal este un deşeu; generatoare de abur din centrale electrice, în care combustibilul principal este fie cărbunele pulverizat, fie păcura; arzătoare de precalcinare în procesul de fabricare a cimentului. Avantajul utilizării drept combustibil secundar a gazului natural este faptul că necesită doar o mică modificare a cazanului, mai ales la cele care utilizează gazul natural drept combustibil de pornire sau de menţinere a flăcării. Pe de altă parte, utilizarea gazului natural necesită instalarea de arzătoare corespunzătoare, injecţii adiţionale de aer în cazan, diferite dispozitive de control. Aceste modificări conduc la costuri ridicate în comparaţie cu rearderea. Recircularea gazelor de ardere este utilizată pentru reducerea NOX mai degrabă în cazanele pe gaz natural sau combustibil lichid, decât în cele pe cărbune. Eficienta reducerii NOX este scăzută în cazanele pe cărbune (<5%).Obiectivul urmărit este scăderea temperaturii arderii prin micşorarea temperaturii flăcării cu gaze arse sau fum. Se disting recircularea externă si recircularea internă. Recircularea externă constă în captarea gazelor de ardere de către un ventilator de gaze aflat în aval de echipament înainte de vatră si injectarea fumului direct în arzător (sau mai multe arzătoare), prin orificiile prevăzute în mod special în acest scop, fie să-l amestece cu aerul de ardere înainte de introducerea acestuia din urmă în arzătoare. Scăderea procentelor de oxizi de azot depinde de debitul fumului recirculat. Această diminuare poate ajunge la 50-60% din valoarea fără recirculare. În practică nu se depăşeşte niciodată un debit de recirculare superior unei valori de 15% din debitul aerului de ardere pentru a nu produce instabilitatea flăcării si creşterea astfel a emisiilor de CO şi hidrocarburi. Deoarece fumul este captat la o temperatură de 150 oC, puterea absorbită de ventilatorul de recirculare nu este de loc neglijabilă. În plus, în cazul unor echipamente care funcţionează cu combustibili cu un conţinut mare de sulf, conductele de recirculare trebuie să limiteze pierderile termice cât şi riscurile de coroziune legată de prezenţa SO2 şi SO3. Concomitent, această soluţie reduce suprafaţa radiantă a generatorului de abur, crescând cea convectivă. Recircularea internă urmăreşte acelaşi obiectiv ca şi recircularea externă însă, pentru a evita o reţea complicată de conducte foarte scumpă, reducerea flăcării se face cu gazele arse care se găsesc în camera de ardere în vecinătatea imediată a arzătorului. Punerea în circulaţie a acestor gaze este făcută de un jet format din aerul de ardere şi/sau combustibil, în cursul intrării acestuia în focar, în plus, pentru îmbunătăţirea amestecului între jetul primar şi gazele recirculate, este necesar ca jetul să fie subdivizat.B).Măsuri secundare pentru denoxarea gazelor de ardere Aplicarea măsurilor primare determină o scădere importantă a concentraţiei oxizilor de azot în gazele de ardere care părăsesc focarul, dar nu întotdeauna si suficientă pentru a corespunde normelor internaţionale privind emisia de NOX

pe coşul instalaţiilor de ardere în scopul protejării mediului ambiant trebuie să se procedeze si la o curăţire (denoxare) a gazelor de ardere. Aceste măsuri

16

poartă denumirea de măsuri secundare si ele urmăresc reţinerea oxizilor de azot din gazele de ardere înainte ca acestea să fie eliminate pe coşul de fum în mediul ambiant. De multe ori, procedeele de denoxare se "contopesc" si se "înlănţuiesc" cu cele de desulfurare a gazelor de ardere, în principal se practică procedee uscate si umede, în toate cazurile procedeele cuprinzând mai multe etape ce se deosebesc prin complexitate, nivelul investiţiilor si calificarea personalului de exploatare. În instalaţiile mari se aplică, în general, procedeele SCR, deosebindu-se două variante:1) Sistem high dust, când gazele de ardere nedesprăfuite trec întâi prin catalizator, electrofiltrul fiind unul normal, iar instalaţia de desulfurare în cazul în care urmează celei de denoxare, nu va trebui să suporte decât concentraţii reduse de amoniac.Gabaritul sporit, durata de viată mai redusă a catalizatorului si faptul că cenuşa conţine amoniac, constituie dezavantajele procedeului.2) Sistem low dust, când amoniacul nu mai ajunge în electrofiltru si regimul de lucru al catalizatorului (gabarit si durată) este îmbunătăţit, deoarece gazele sunt desprăfuite. Dezavantajele sunt legate de faptul că electrofiltrul trebuie să funcţioneze la temperaturi înalte, existând riscul înfundări lui cu sulfat de amoniu si praf fin. în special în instalaţiile mici, un rol foarte important îl au si procedeele SNCR. În tabelul de mai jos sunt prezentate procedeele de eliminare a NOX din gazele de ardere.

Procedee necatalitice

Absorbţie

- în soluţie de NaOH si NaOCl- în soluţie de 5-15% H2NSO3H în acid sulfuric- prin reacţii gaz/solid patul de reacţie fiind CaC; Na2CO3;CaCO3

Absorbţie - cărbune activ- mordenit (alumino-silicat cristalin)- turbă îmbibată în alcalii

Reducere termică

- cu pulbere de cocs la 900-1000°C- cu N2H4 la 750-850°C- cu NH3 la 950-970°C- cu uree la 900-980°C- cu hidrocarburi C1-C4 la 980°C

Procedee catalitice

Descompunere pe amestec de oxizi metalici (Cu; Ni; Fe; Cr) la temperaturi de peste 1000oC

17

Procedee catalitice

Reducere

- cu H2 si catalizator pe bază de Pt, Pd, Ni, Cr.- cu NH3 si catalizator pe bază de TiO2 combinat cu V2O5 sau WO3

- cu CO si catalizator pe bază de oxid de cupru, oxid de crom, cromit de cupru- cu amestec de gaze reducătoare, ca de exemplu, NH3

si etanol pe catalizator Pd/Al2O3 sau NH3 si CO pe catalizator Ca/SiO3

Măsurile secundare, mult mai costisitoare decât cele primare, se vor aplica doar în situaţia în care măsurile primare nu fac fată. În general, în funcţie de combustibilul utilizat, de măsurile primare aplicate şi de tipul focarului, în gazele de ardere s-au măsurat concentraţii de NOX de 300 până la 1800 mg/Nm3. Drept agent reducător se foloseşte de obicei amoniacul.

Reducerea catalitică selectivă(SCR)

In centralele electrice care funcţionează cu combustibili fosili, tratarea gazelor de ardere se poate face folosind reducerea catalitică selectivă (SCR) şi reducerea selectivă necatalitică (SNCR). Cele două procedee se pot folosi singure sau în combinaţie cu modificări ale arderii.Procedeul SCR este cel mai răspândit procedeu secundar de denoxare si are o largă aplicare în Japonia, Germania, SUA. La reducerea catalitică selectivă, transformarea oxizilor de azot în azot şi apă decurge în urma reacţiei cu amoniacul, în prezenţa unui catalizator (TiO2 combinat cu V2O5 sau WO3). Reacţiile de reducere a NOx sunt următoarele:

4NO+4NH3 + O2 catalizator 4N2 +6H2O2NO2 + 4NH3 +O2 catalizator 3N2 + 6H2O Schema de principiu pentru denoxarea catalitică este prezentată în figura 1, iar dispunerea catalizatorului în drumul gazelor in figura 2:

18

Fig.1. Schema de principiu pentru reducerea NOx prin procedeu catalitic

Fig.2 Dispunerea catalizatorului în drumul gazelor de ardere in cazul SCR

Reducerea selectivă ne-catalitică(SNCR)

19

Procedeul SNCR se foloseşte de obicei atunci când cheltuielile pentru denoxare nu trebuie sa fie prea mari, sau există pericolul unei otrăviri a catalizatorului, în cazul în care s-ar folosi procedeul SCR.Condiţia necesară este însă să se lucreze la temperaturi înalte si optime, capabile să asigure furnizarea energiei termice necesare pentru descompunerea si vaporizarea agentului reducător care se injectează în curentul gazelor de ardere. De aici decurge importanta alegerii corecte a locului în care se introduce reactantul, în concordantă cu tipul, componenta si sarcina la care funcţionează generatorul de abur. In practica se pot întâlni sisteme de ardere avansate care utilizează diferite tipuri şi aranjamente de ajutaje atât pentru combustibil cat şi pentru aer, cu unu sau mai multe nivele de injecţie în focar, putând fi asigurată o maximă flexibilitate a sistemelor de ardere.În centralele existente în tară, reducerea NOx la arderea cărbunilor, se face prin sisteme de ardere tangenţială, fiind considerată prima treaptă de reducere (fig.3), şi se poate continua prin sistem de ardere tangenţial concentric – LNCFS (fig.4).Acest sistem permite direcţionarea aerului auxiliar secundar departe de combustibilul primar, şi asigurarea excesului de aer de ardere necesar în toată zona de ardere.

Fig.3. Sistem de ardere tangenţială-dispunerea duzelor de injecţie a prafului de cărbune

praf cărbune+aer aer auxiliar

20

Fig.4. Sistem de ardere tangenţială concentricaDispunerea duzelor de combustibil şi aer auxiliar de ardere.

În concluzie, reducerea NOx se poate realiza prin: procedee intracombustie (arzătoare cu NOx redus) şi procedee post combustie (reducere selectiv necatalitica respectiv reducere selectiv catalitică)Zonele din circuitul de gaze de ardere în care se face reducerea NOx sunt prezentate în figura 5

Fig.5. Zone de reducere a NOx în drumul gazelor de ardere

4.1.3 Reducerea emisiilor de SO2

Reducerea conţinutului de bioxid de sulf din gazele de ardere de la cazanele pe păcură (sau păcură şi gaze) se poate face. în principiu, prin următoarele metode:- prompte (intracombustie);- tîrzii (postcombustie);- hibride (intra + postcombustic). Metoda promptă de desulfurare a gazelor de ardere constă în injecţia de aditiv în focar pentru legarea bioxidului de sulf imediat după formare. Se cunoaşte o aditivare precombustie a păcurii cu oxid de magneziu, în general, preaditivare ce are scopul de a asigura legarea precoce a trioxidului de sulf pentru limitarea coroziunilor, dar nu şi pentru desulfurarea gazelor de ardere.

21

Injecţia de aditiv în focar, ce se poate face cu oxid de calciu, hidroxid de calciu, calcar sau dolomită (cu sau adaos de bicarbonat de sodiu) va asigura legarea unei părţi din bioxidul de sulf format în focar şi a trioxidului de sulf în cvasitotalitate. Produsul rezultat din desulfurare este anhidritul, sulfatul de calciu anhidru. Dacă pe traseul de evacuare a gazelor de ardere, între PAR şi coş se intercalează un reactor de activare sau se creează condiţii pentru injecţia de apă sau abur în canalul de gaze de ardere, poate avea loc o a doua fază de desulfurare. postcombustie de această dată. Oxidul de calciu format în focar şi nereacţionat, purtat de gazele de ardere, formează, în această etapă, în prezenţa apei o suspensie de hidroxid de calciu, mult mai reactiv, care va lega o parte din bioxidul de sulf remanent în gazele de ardere sub formă de sulfit de calciu (o mică parte sub formă de sulfat de calciu dihidratat (ghips). Procedeul descris mai sus este un procedeu hibrid, cunoscut sub denumirea de LIFAC şi a fost dezvoltat în anii '85 de firma Tampella Oy din Finlanda. Dacă în cazul desulfurării uscate prompte nu se poate depăşi un randament de desulfurare de 50 % la un consum de reactiv caracterizat de raportul molar Ca/S = 3.5. în cazul procedeului hibrid LIFAC. la un raport molar Ca/S = 1.72. randamentul de desulfurare realizabil depăşeşte 80 %. Din ambele procedee rezultă gaze de ardere prăfoase (parţial desulfurate). ceea ce implică ataşarea obligatorie a unui electrofiltru sau a unui filtru cu saci pe traseul de evacuare al gazelor de ardere, înainte de coş. În cazul procedeului LIFAC. gazele de ardere după PAR se răcesc, iar gazele desulfurate şi desprăfuite se reîncălzesc după electrofiltru Aceste schimburi termice se fac într-un schimbător de căldură gaz neepurat/gaz epurat. Temperatura gazelor de ardere la ieşirea din electrofiltru este în jur de 85°C. iar la baza coşului de 100 - 105°C. Procedeele de desulfurare postcombustie sunt cele mai des folosite şi au randamentele cele mai ridicate la consumuri mai mici de reactivi. Ele pot fi :- procedee de desulfurare propriu-zisă .• procedee de desulfurare şi desprăfuire asociată ;- procedee de desulfurare şi denoxare combinată Scrubingul cu suspensie de calcar este un procedeu de desulfurare propri-zisă, ce asigură un randamcnt de desulfurare de peste 95% la un consum de calcar stoechiometric. Din desulfurare rezultă ghips şi, funcţie de destinaţia acestuia el poate fi sub formă de şlam de ghips, ghips impur sau, dimpotrivă, ghips comercializabil şi se valorifică integral. Spray Dry Absorption (SDA) şi Confined Zone Dispersion(CZD) sunt două procedee de desulfurare şi desprăfuire asociată. Reactivul utilizat este o suspensie apoasă de hidroxid de calciu, iar produsul rezultat este un amestec de sulfit şi sulfat de calciu. Diferenţa între cele două procedee constă în timpul de reacţie care se acordă reactivului : între 7.5 şi 12 secunde în primul procedeu şi numai două secunde în cel de al doilea. De asemenea, în primul caz se obţine

22

un randament de desulfurare de până la 90%, la un consum de reactiv caracterizat de raportul molar Ca/S = 1,4-1,6, iar în cel de al doilea, la un raport molar Ca/S = 2-2.5, randamentul maxim este de 50 %. Gazele de ardere desulfurate sunt prăfoase şi reci, au un conţinut ridicat de umiditate şi înainte de evacuarea la coş trebuie desprăfuite şi reîncălzite de la 85oC la 100-105oC.Cel mai utilizat procedeu de desulfurare postcombustie a gazelor de ardere este scrubbingul cu suspensie de calcar, motivul fiind randamentul înalt realizabil la consum de reactiv ieftin şi uşor de procurat şi produs final valorificabil.

4.2. Instalaţii de neutralizare pentru emisiile acide rezultate din procese termice

4.2.1. Procedeul de desulfurare în sistem uscat Constă în introducerea de praf de calcar sau dolomită în focarul

cazanului. Praful de calcar se introduce în focarul cazanului odată cu aerul de combustie şi din reacţia chimică cu SO2 - produsă la o temperatură de 800-900oC – rezultă ghips care este reţinut în electrofiltrul cazanului odată cu cenuşa. Eficienţa reducerii SO2 prin acest procedeu este de 50% pentru o putere de 330 Mw şi 70% pentru o putere a blocului de 180MW. În astfel de instalaţii se utilizează un raport molar Ca/S de circa 3.5. Totodată concentraţia de Ca în focarul cazanului modifică şi punctul de înmuiere a cenuşii.O astfel de soluţie a fost folosită la mai multe centrale din Austria sub denumirea de schema IDSPUS.

4.2.2. Procedeul umed de desulfurare (figura 6) Constă în injectarea în gazele de ardere cu conţinut de SO2, după electrofiltru a unei suspensii de praf de calcar în apă şi separării gipsului rezultat în urma reacţiilor chimice ce au loc în scruberul de reacţie.

23

Fig.6.Procedeu de desulfurare umed

1- scruber (absorber)2- schimbător de căldură gaz-gaz3- rezervor de calciu în suspensie4- decantor5- filtru sub vid6- recipient de amestecare a gazelor7- coş8- depozit de ghips

Întrucât temperatura optimă pentru reacţiile chimice este de circa 60°C, cu mult sub valoarea de 150°C cu care gazele de ardere vin dinspre electrofiltru, în circuitul de gaze a fost introdus schimbătorul de căldură gaz-gaz, rotativ de tip Ljungstrom (poz. 2 în figura 6). Gazele de ardere sunt deviate de la cos, după ventilatoarele de gaze ale cazanului, de către un ventilator special introdus în circuitul de gaze odată cu IDSPUM. În scruberele l se produce contactul între gazele de ardere cu conţinut de SO2 şi calcarul adus sub formă de suspensie în apă şi, în urma reacţiilor chimice care au loc, rezultă gaze de ardere lipsite practic de SO2 (I si II) si gips în suspensie în apă. De la unul din scrubere gazele de ardere sunt trecute prin schimbătorul de căldură 2 şi încălzite până la temperatura de 100°C; în acest fel se răcesc gazele cu conţinut de SO2. Din cel de-al doilea scruber gazele de ardere II trec direct spre recipientul de amestecare 6, unde se amestecă cu gazele I (cu temperatura de 100oC). Din recipientul 6 gazele de ardere, cu temperatura de 80°C, sunt evacuate la coşul 7.În urma reacţiilor chimice, în scruberele l rezultă gips sub formă de suspensie în apă. Acest amestec este evacuat in decantorul 4, în care se separă gips cu un conţinut de apă de 30%. În continuare, acest gips umed este supus unui proces de uscare în filtrele rotative 5, care funcţionează sub vid. Rezultă gips cu un conţinut de apă de maximum 15%, care este evacuat pe cale pneumatică în depozitul de gips 8. Aproximativ 25% din gipsul rezultat este utilizat in industria cimentului, iar restul se depozitează, împreună cu cenuşa, in golul subteran rămas ca urmare a scoaterii din exploatare a unei mine de lignit.Pe circuitul de gaze de ardere I este introdus un ventilator de recirculare (care nu apare în schema din figura 1), care poate recircula o parte din gazele încălzite, de la ieşirea din schimbătorul de căldură 2 la intrarea în acesta, cu scopul de a regla temperatura gazelor care intră în scrubere la o valoare optimă pentru reacţiile chimice. Un element foarte important pentru buna funcţionare a IDSPUM îl constituie sistemul de automatizare aferent acesteia, care asigură dozarea foarte precisă a cantităţii de calcar introduse, în funcţie de conţinutul de sulf în cărbune, care se determină în mod continuu.

4.2.3. Sistem de tratare a gazelor Babcock-Hitachi – agreată pentru tratarea gazelor la centralele pe cărbune din ţară – figura 7.

24

Fig.7. Schema sistemului de desulfurare.

Prin reacţia bioxidului de sulf cu calcarul în prezenţa oxigenului, introdus pentru barbotare în absorber, se obţine ghips şi dioxid de carbon. Această reacţie are loc în absorberul a cărui schemă este în figura 8.

25

Fig. 8. Absorber Flowpac cu barbotare

Aşa cum se indică în figura 8, gazele de ardere pătrund mai întâi într-o secţiune integrată de calmare care controlează interfaţa umed-uscat prin saturarea gazelor de ardere şi umezirea suprafeţei inferioare a sitei. De aici, gazele sunt direcţionate sub sita care suspendă stratul barbotat de slam. Gazele sunt impinse forţat pe verticală prin orificiile sitei. Acest concept elimină potenţialele scurgeri prin forţarea întregului volum de gaze sa vina in contact cu slamul. Această interacţiune minimizează contactul gazelor cu componentele interne şi reduce astfel potenţialul de exfoliere sau înfundare posibil la alte concepte de absorbere AFGD umed pe perioade lungi de utilizare.

Beneficiile FLOWPAC

• Randament mai mare de 99% de reţinere a SO2 , fără utilizarea acizilor organici.

• Randament ridicat de reţinere a SO3 şi a particulelor.• Disponibilitate ridicată şi costuri de întreţinere reduse datorită unui

concept simplu şi eficient, fără piese exterioare în mişcare sau echipamente rotative.

• Consum de energie mai redus faţă de tehnologiile FGD umed convenţionale; în special la aplicaţiile cu combustibili cu conţinut ridicat de sulf.

• Perfomanţă flexibilă a absorberului cu controlul imediat al ratei de retinere a SO2

• Antrenare redusa de lichid cu performanţe îmbunătăţite ale separatorului de picături cu cerinţe de apa de spălare reduse.

• Structura simplă şi compactă reduce costurile de montare a instalaţiei.• Ghips de înaltă calitate obţinut prin condiţiile optime de cristalizare, cum

ar fi agitarea fină.

Sistemul de desulfurare umed a fost ales din următoarele motive:1. Calcarul este: - un absorbant ieftin

- se găseşte din abundenţă,- uşor de manipulat

2. Gipsul este: - utilizat în industria cimentului;- utilizat ca material de construcţii;-uşor de depozitat;-netoxic;- uşor de manipulat.

3. Sistemul de desulfurare este: - simplu;- uşor de operat şi întreţinut;

26

- foarte sigur;- foarte eficient.

Reducerea oxizilor de azot are loc prin recircularea gazelor de ardere, prin folosirea de arzătoare cu NOx redus şi prin reducerea selectiv catalitică.

5. Procesul de desulfurare cu oxid de calciu (CaO)

Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umeda a gazelor de ardere de la centralele electrice, pe baza de CaO, a început în SUA, în cadrul preocuparilor pentru eliminarea simultana a particulelor si a dioxidului de sulf printr-o metoda umeda. Astfel, scruberele Venturi de desprafuire umeda au început sa fie utilizate si la desulfurarea gazelor de ardere. Aceasta a condus, în multe cazuri, la reactii între particulele de cenusa si oxidul de calciu sau calcarul utilizat, având drept consecinta înfundarea scruberelor, a conductelor si a pompelor. De aceea, electrofiltrul era situat înaintea scruberului de tip Venturi. Numai în acest mod se obtine un gips pur, care poate fi revalorificat. Scruberele Venturi nu au fost, în general acceptate, deoarece realizau pierderi mari de presiune, respectiv consum ridicat de energie. Între timp, au fost dezvoltate alte tipuri de scrubare, precum turnuri de spalare cu tub Venturi integrat sau alte componente. Turnurile alcatuite din componente simple, pentru minimizarea pierderilor, s-au dovedit a fi solutia cea mai buna. Astfel, turnurile de spalare de constructie mai noua nu contin decât câteva nivele spatioase de pulverizare si separatoare de picaturi, instalate orizontal. Aceasta a condus la minimizarea pierderilor de presiune. Un turn de spalare este alcatuit din trei parti principale: zona inferioara de drenaj; zona de contact gaz / lichid; zona de gaze de ardere curate. În zona de drenaj, suspensia rezultata din spalare este colectata, amestecata, ventilata si îmbogatita cu absorbant proaspat. Volumul acestei zone este determinat, în principal, de viteza de dizolvare a absorbantului, precum si de cantitatea de SO2 ce trebuie înlaturata. În zona mijlocie a scruberului, zona de contact gaz / lichid, gazele sunt aduse în contact cu suspensia de spalare, în contracurent, si astfel sunt spalate. Lichidul de spalare este distribuit uniform, pe mai multe nivele de pulverizare. Astfel, se creeaza un spatiu de amestec omogen gaz /lichid, în care are loc transferul de masa de la gazele de ardere la lichidul de spalare. În partea superioara a scruberului (zona de gaze de ardere curate), gazele de ardere trec printr-un separator de picaturi, în care se retin picaturile fine de lichid pe care le-au antrenat. Pentru curatare, separatorul de picaturi este spalat cu apa de sus în jos, într-o anumita succesiune a sectoarelor acestuia, cu ajutorul unor pulverizatoare.

27

Fig. 9. Turn de absorbtie prin pulverizare pentru desulfurarea umeda a gazelor

In figura 10 este prezentata schema unei instalatii moderne de desulfurare a gazelor de ardere, cu oxidare integrata, folosind calcar drept absorbant. Astfel de instalatii sunt în functiune în centralele noi din Germania. Gazele care trebuie curatate sunt racite în schimbatorul regenerativ de caldura gaze-gaze si trec prin turnul de spalare, în contracurent fata de absorbant. Pentru a se evita suprasaturarea cu vapori de apa, gazele curate sunt reîncalzite în schimbatorul de caldura pâna la aproximativ 900 C. Eficienta scruberului este de circa 92÷98 %‚ astfel încât se poate respecta, fara vreo dificultate, nu numai norma de 400 mg SO2/m3‚ dar si alte cerinte, mai restrictive, privind emisiile de SO2. Lichidul de spalare are o evolutie ciclica. Calcarul macinat fin este preluat din siloz si preparat cu apa (apa reziduala), rezultând o suspensie care alimenteaza continuu zona inferioara a scruberului. Pe de alta parte, suspensia de gips este evacuata din scruber. Separarea cristalelor mai mari de gips, micsorarea lor ulterioara si procesarea acestora, se face într-un hidrociclon. Particulele fine de ghips, care nu pot fi deshidratate atât de bine, sunt trimise înapoi în ciclul absorbantului, sub forma de cristale. Apa reziduala, evacuata din ciclu trebuie tratata datorita continutului sau ridicat de ioni si de metale. Unul dintre parametrii cei mai critici, care determina cantitatea de apa uzata, este continutul de cloride din gazul de evacuare si apa de proces, deoarece concentratia de cloride afecteaza

28

nivelul de coroziune si calitatea gipsului. Odata ce caracteristicile apei uzate sunt bine determinate, poate fi proiectat un sistem de tratare a apei uzate.

Fig.10. Schema unei instalatii de desulfurare a gazelor cu oxidare integrata.

Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit în industria materialelor de constructii. Continutul de umezeala trebuie sa fie scazut si la fel trebuie sa fie continutul de compusi sulfiti neoxidati si de substante dizolvate. În general, gipsul este uscat de abur, acesta fiind apoi trecut printr-o masina de brichetat si apoi depozitat în saci sau silozuri. Gipsul recuperat prin oxidare, într-o singura bucla, are o puritate mai redusa si o umezeala mai mare, comparativ cu cel obtinut prin oxidarea în doua bucle. În cazul deseurilor, gipsul poate fi amestecat cu cenusa zburatoare de catre o masina de amestecat si apoi depus într-o groapa dedicata, care asigura pentru acest produs final conditii sigure de depozitare din punct de vedere ecologic.

29