Engineering
Égéstermék- és hulladékgáz-tisztítás
A különböző ipari üzemekben (például erőművek, fűtőművek, hulladékégetők, öntödék, cementgyárak, stb.) keletkező anyagok – mint az SOx, a NOx, a PCDD, a PCDF, a VOC és a TZL – koncentrációjának csökkentését és azok eltávolítását szolgáló technológiákra összpontosító tanulmányokkal és tanácsadással foglalkozunk. A kis helyi energiaforrásoktól egészen a nagy ipari egységekig minden megrendelő számára készítünk tanulmányokat, mégpedig a 10 000 – 3 000 000 m3/h füstgázáram tartományban. Foglalkozunk továbbá meglévő energiaforrások modernizálására és intenzifikálására vonatkozó tanulmányokkal is.
Füstgáz-kéntelenítés
A természetes gáznemű fűtőanyagokban a kén leggyakrabban SO2 vagy SO3 formájában fordul elő. A szilárd tüzelőanyagoknál, különösen a stacionáris hőforrások többségében használt szén esetében, a kén már az éghető anyag részeként kötött. Ezekben az fűtőanyagokban, a kén még 3 különféle formában – mégpedig főként szulfátként (kémiailag a hamuanyagokhoz kötődik) – szerves és pirites formában fordulhat elő. A szénben lévő pirites kén a kén azon formája, amely az üzemanyagban, nem szétszórt előfordulás esetén klasszikus módszerekkel, például hidrociklonos kezeléssel viszonylag jól eltávolítható. E módszerek hatékonysága azonban gyakran korlátozott. Vannak más mechanikus módszerek is a kén fűtőanyagból történő eltávolítására, ez azonban gazdasági hatékonyság kérdése, mivel ezek a módszerek a hőenergiának a mi piacunkon érvényesített eladási ára szempontjából gyakran nem gazdaságosak, éppen a kisebb, környezetbarát energiaforrások nagy fejlődése és a kogenerációs energiatermelő egységek bevetése miatt. Manapság leggyakrabban a kénvegyületek kéménybe belépő füstgázokból történő eltávolításának módszereit alkalmazzák. A kén eltávolítása kétféle (alapelvben különböző) módon történhet, mégpedig, vagy a SO3 katalitikus oxidációjával és annak ezt követő, H2SO4 formájában történő eltávolításával, vagy egy megfelelő, szilárd adalékanyagra történő kötés útján.
A SOx-redukció száraz módszere
A száraz additív eljárást főként textilszűrőkkel kombinálva alkalmazzák. E módszer alapja Ca2+ bázisú (leggyakrabban oltott mész Ca(OH)2), vagy akár Na+ bázisú (NaHCO3) adalékanyagnak, a füstgázáramba – mégpedig a füstgázvezetékbe vagy egy reaktorba – történő adagolása, ahol az adalékanyag intenzíven keveredik a füstgázzal, és az elsődleges reakció lefut. A másodlagos reakció a szűrőtextílián megy végbe, s különösen a ventilátoros átfúvatással regenerált szűrőknél intenzív.
Ezt a módszert kisebb egységek kéntelenítésére, valamint HCl, HF, dioxinok és más gáznemű szennyező anyagok csökkentésére használják.
Hatásfoka kéntelenítésnél akár 75%-ot is elérhet, HCl és HF csökkentését illetően pedig a 90%-ot is meghaladhatja.
E módszer nagyon alacsony beruházási költségekkel jár, hátránya azonban a kisebb hatékonyság és a nagyobb adalékanyag-fogyasztás.
Néha kedvező e módszert intenzifikálással kiegészíteni, ahol a reaktorba való vízpermetezéssel nagyobb hatékonyság és alacsonyabb adalékanyag-fogyasztás érhető el.
A SOx-redukció félszáraz módszere
Egy további alkalmazott módszer az úgynevezett félszáraz kéntelenítési módszer. Ez a módszer elsősorban a max. 300 MW-ig terjedő beépített teljesítményű erőműblokkoknál került előtérbe. Különösen az jellemzi, hogy a kéntelenítés terméke normál hulladéklerakóban való, állandó tárolására alkalmas, viszont nem túlzottan alkalmas további, másodlagos nyersanyagként történő felhasználásra. Elvét tekintve egyszerű, a gyakorlatban könnyen kezelhető folyamat. Víz a füstgázáramba történő fecskendezésével a füstgáz hőmérséklete a telítési hőmérsékletnél 10-20 °C-kal alacsonyabbra csökken (a füstgáz-kondenzáció és a kémények alacsony hőmérsékleti korróziója miatt), és por vagy vizes szuszpenzió formájában Ca(OH)2-ot vezetnek hozzá, amely a jobb oldalon látható összefüggések szerint tovább reagál.
Ezen eljárás előnye a reagensek további gáznemű szennyezőanyagokkal, például hidrogén-kloriddal vagy hidrogén-fluoriddal való reakcióképessége, aminek a révén azokat részlegesen eltávolítják a füstgázból.
A SOx-redukció nedves módszere
Manapság a legelterjedtebb módszer az úgynevezett nedves mészköves kimosás. A szénenergetikában ez a legelterjedtebb, s a modern erőművekben az egyetlen, ma többé-kevésbé használt módszer. A korábbi módszerekkel szemben az alapvető különbség az, hogy a füstgázáram nedves, a reaktorban reagenssel történő mosásáról és egyidejűleg úgynevezett end-termék (energo-gipsz) keletkezéséről van szó, amely másodlagos alapanyagként az építőiparban, útpályák építésénél vagy pl. gipszkarton gyártásnál használható fel.
Az egész folyamat részfolyamatok sorozatából áll, amelyek a kéntelenítő reaktor egyes zónáiban mennek végbe. Ezt a reaktort gyakran nevezik abszorbernek. Az alapelv, hogy a kezeletlen füstgázokat az abszorberbe vezetik, és ott több szinten mész-szuszpenzióval permetezik. A szerkezet tervezése, a permetező szintek száma és a fúvóka típus megválasztása általában CFD-szimulációkon alapul a reagens és a füstgáz lehető legnagyobb, a lehető legtökéletesebb tisztítást eredményező fázisközi felületének elérése érdekében. A tisztított füstgáz ezután az abszorber felső részén távozva kerül vissza az erőmű meglévő kéményébe. E füstgázok abszorberből való kimenetén nemcsak a füstgázkibocsátást, hanem mindenekelőtt a füstgáz hőmérsékletét mérik folyamatosan annak biztosításához, hogy ez a hőmérséklet mindig legalább 10 °C-kal magasabb legyen, mint a füstgáz harmatponti hőmérséklete adott nyomásnál. A gyakorlatban ez a füstgáz-hőmérséklet a 68-58 °C tartományban mozog. Az abszorber általában egy belül több rétegben gumírozott fémtartály. Mindig legalább 2, de a gyakorlatban gyakran 3 permetező szintet alkalmazunk. E permetező szintek felett még mindig található egy berendezés, az úgynevezett cseppleválasztó, amely csökkenti a füstgázban távozó víz tömegáramát, és ezzel a munkaközeg-veszteséget is. Többnyire öblítőfúvókákkal ellátott zsalurácsokról van szó, amelyekkel az ASŘTP automatikus rendszer mindig néhány tíz perces öblítést végez. Az abszorber alsó részét gyűjtőfenék alkotja, amelyen bizonyos gipsz szuszpenzió-szint marad meg. Az abszorberbe itt vezetik be az oxidáló levegőkeverőkből származó oxidáló levegőt. Itt találhatók továbbá az abszorber keverői, melyek a szuszpenzió keverését végzik, jobb közeget teremtve az oxidációhoz. Ezt a mészkő-gipsz keveréket nagy keringető szivattyúk keringetik folyamatosan vissza, a permetező szint fúvókáinak felső részébe. Mivel a közeg abrazív, ezek a csövek mindig FRP-ként jelölt üveglaminátból készülnek. A füstgáz permetezését követően keletkező végterméket szivattyúk szállítják zsompokba vagy besűrítőkbe, ahol a kapott keveréket a fűtőmű területén kívülre történő szállításhoz besűrítik.
Ez a módszer nagyon hatékony és eredményes, de nagy tereket igényel a mészkőkezeléshez, a folyamatvíznek az összes szivattyú öblítéséhez való biztosításához, továbbá új épületek építését igényli a gipsz- és mészkő-iszaptartályok, valamint sok más, a folyamatos füstgáz-tisztításhoz szükséges üzemelési közeg számára. A módszer gyakran még a 98,5% hatásfokot is eléri. A kéntelenítés megfelelő működéséhez a pH-érték 5-5,5 szokott lenni a gyakorlatban.
A kapott termék ezután úgy nyerhető ki, hogy a gipsz-szuszpenziót az abszorber gyűjtő részéből szivattyúk továbbítják a keverőközpontba víztelenítés céljából. A keverőközpontból a szuszpenzió továbbkerül a besűrítőbe, amely a gyakorlatban akár 30 tömegszázalékosra is képes vízteleníteni azt.
Füstgáz denitrifikáció
A denitrifikáció a szennyező anyagok, különösen a NOx-vegyületek füstgázokban történő csökkentését jelenti. Ezek a vegyületek a fűtőanyagok magas (1100 °C-ot meghaladó) hőmérsékleten történő égetésekor keletkeznek, amikor legjelentősebb a termikus nitrogénvegyületek képződése. A fűtőanyag éghető anyagában megkötött tüzelőanyag-vegyületek szabadulnak fel, és a füstgázba kerülnek. Ma 3 különféle módszert alkalmaznak ezen szennyeződések csökkentésére (a NOx-csökkentés úgynevezett elsődleges módszerei):
- Magát az égetőrendszert módosító intézkedések
- Szerkezeti beavatkozás az égetőkamrába
- A két előző módszer kombinációja
A nitrogén-oxidok primer redukciójának alapvető elemei a magát az égetőrendszert módosító intézkedések. Ide tartoznak például a füstgáz-visszavezetés, az alacsony levegőfelesleg-együtthatós égetés, amelyet maga az égés dinamikus körülményei alapján az ASŘTP rendszer felügyel, vagy az égetőkamra egyes emeletein uralkodó, különféle teljesítmény-üzemi hőmérsékletértékek.
Ezen oxidok csökkentésének másik módja: szerkezeti beavatkozás magába az égetőkamrába. Elsősorban a meglévő égők alacsony kibocsátásúakra történő cseréjéről, fokozatos égési levegő-bevezetésről, a kamra holt zugainak szerkezeti megoldásáról, stb. van szó.
A harmadik használt elv az előző két kategóriát ötvöző különféle módszereket, mégpedig leggyakrabban a fűtőanyag daráló körök, a primer, de különösen a szekunder levegő égéskamrába való bevezetésének szabályozásával együtt történő módosítását jelenti.
A további, a füstgázok NOx-tartalmának csökkentésére szolgáló módszerek ammónia- vagy karbamid-bázisú adalékanyag füstgázba történő befecskendezésén alapulnak.
A NOx szelektív nem katalitikus redukciója
A szelektív nem katalitikus redukció olyan redukciós körülmények létrehozásából áll, amelyeknél a kazánba fecskendezett ammónia vagy karbamid szelektíven (előnyösen) redukálja a nitrogén-oxidokat, elemi nitrogén és vízgőz keletkezése mellet. A NOx csökkentésének hatásfoka 40–60%. E módszer jellemző tulajdonsága, hogy a kazánban 900–1050 °C-os hómérséklet-tartományban zajlik. Az ammónia redukálószerként való alkalmazása némely hátránnyal bír. Az ammónia egészségre káros anyag, tárolása és kezelése bonyolultabb technológiai berendezéseket igényel, szivárgása esetén szaga zavarja a környezetet, valamint a keletkezett ammónia- és kénvegyületek nem kívánt lerakódásokat képezhetnek a gépi berendezéseken. Bizonyos folyamatoknál ezen okok miatt használnak ammónia helyett karbamidot.
Szelektív katalitikus redukció
A szelektív katalitikus redukció ugyanazon kémiai reakciókon alapul, mint az előző, nem katalitikus redukció, de a reakciók a katalizátornak köszönhetően 300-400 °C hőmérsékleten zajlanak. Az ammóniát befecskendezik a füstgázba, amelyet azután a katalizátorreaktorba vezetnek, amelyben a füstgázban lévő nitrogén-oxidok ismét nitrogénre és vízgőzre bomlanak. A NOx csökkentésének hatásfoka magas, 80–90%. A katalizátorok leggyakrabban vanádium, molibdén, volfrám, valamint ezek kombinációinak oxidjaiból készülnek. Áruk viszonylag magas, élettartamuk viszont meglehetősen alacsony.