Lgszennyezanyag kibocsts Primerenergia fajtk tzelanyagok getse szennyezanyagok keletkezse
Légszennyezőanyag kibocsátás Primerenergia fajták, tüzelőanyagok égetése, szennyezőanyagok keletkezése, leválasztása © Gács Iván 1/33
Primer energiahordozók (energiaforrások) – megújuló energiaforrások: • • • égetés nem égetés vízenergia, geotermikus energia, (gejzírek, hévizes források, földhő, lassan megújuló), napenergia, szélenergia, biomassza (mezőgazdasági, kommunális stb. hulladék, energianövény) – ásványi tüzelőanyagok: • szilárd tüzelőanyagok (feketeszén, barnaszén, lignit, tőzeg), • kőolaj, • földgáz – nukleáris energiaforrások (magenergia): • hasadóanyagok (urán, tórium) • fúzió alapanyagai (deutérium, lítium) © Gács Iván 2/33
Világ energiahordozó felhasználása Összes primerenergia: IEA: 12 774 mtoe, BP: 13 474 mtoe (+5, 5%) fosszilis: IEA: 11 346 mtoe, BP: 11 467 mtoe (+1, 1%) © Gács Iván 3/33
Hőtermelés égéssel • Égés: hőfejlődéssel járó oxidáció, pl. : • Metán égése +2 CH 4 16 g +2 O 2 + 2 * 32 g • Oktán: • Kén: CO 2 44 g +2* H 2 O 18 g C 8 H 18 + 12, 5 O 2 8 CO 2 + 9 H 2 O 114 g + 12, 5*32 g 8*44 g+9*18 g + S + O 2 SO 2 32 g+32 g 64 g © Gács Iván 4/33
Tüzelőanyagok komponensei Komponens C (szén) H (hidrogén) S (kén) N (nitrogén) O (oxigén) hamu nedvesség égéstermék főegyéb CO 2 CO H 2 O --SO 2 SO 3 NO NO 2, N 2 O ----pernye salak ----- © Gács Iván fűtőérték, megjegyzés MJ/kg 33, 8 121, 5 10, 9 0 kevés lesz oxid -15, 2 leköti a hidrogént 0 változó arányban -2, 5 elpárolog 5/33
Égésből keletkező szennyezők • Karbon – széndioxid: nem mérgező, hosszúéletű, szelektív sugárzás elnyelés, globális (üvegház) hatás szénmonoxid: jó tüzelésben alig lesz, mérgező • Hidrogén – vízgőz: nem mérgező, rövid légköri életű, nem szennyező • Kén – kéndioxid (kéntrioxid): savas, maró hatás, légkörben szulfáttá alakul – kontinentális hatás • Nitrogén – nitrogénoxidok (NO, NO 2): savas, eü. hatás, légkörben nitráttá alakul – kontinentális hatás • hamutartalom – pernye: kirakódik, eü. hatás – salak: tűztérben marad © Gács Iván 6/33
Légszennyezők keletkezése Legtöbbször (tipikus folyamat): • a szennyezőanyag kiinduló anyaga a tüzelőanyagban található (pl. kén), aránya: A, [-] • a kémiai reakcióban résztvevő hányad: c 2, [-] • a szennyezőanyag kémiai reakcióval keletkezik, (pl. kén égése), a reakció tömegaránya: c 1, [-] • tüzelőanyag fűtőértéke: Htü Fajlagos keletkezési tényező: © Gács Iván 7/33
Számpélda n Barnaszén kéndioxid S + O 2 → SO 2 32 g + 32 g → 64 g n Karbon széndioxid C + O 2 → CO 2 12 g + 32 g → 44 g n Földgáz (metán) széndioxid © Gács Iván CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O 16 g + 2*32 g → 44 g + 2*18 g 8/33
Számítás elemi összetételből Fűtőérték számítása: Kéndioxid: szorzás szorzat MJ/kg C 48 33, 8 16, 22 H 4 121, 5 4, 86 S 1 10, 9 0, 11 O 3 -15, 2 -0, 46 N 1 - 0 nedvesség 15 -2, 5 -0, 38 hamu 28 - 0 tüzelőanyag fűtőértéke, MJ/kg: összegzés tömeg fűtőérték % MJ/kg Széndioxid: 20, 36 © Gács Iván 9/33
Légszennyezők leválasztása Szennyezőanyag jelenlegi legfőbb leválasztási eljárások pernye kénoxidok nitrogénoxidok széndioxid elektrosztatikus, zsákos szűrő nedves: meszes, mészköves, száraz: fluidágyas tüzeléstechnikai (primer), SCR leválasztó (szekunder) CCS: tüzelés előtti, tüzelés utáni, oxi-fuel © Gács Iván leválasztás terjedése kezdete teljes XX. sz. 1970 -es eleje 1970 -es 2000 -s 1990 -es ? ? 2020 -as (? ) ? ? 10/33
Pernye • Keletkezés – széntüzelésnél: hamutartalomból, 10. . . 40%, talaj-, kőzet-alkotó anyagok, zárványok. Bázicitási szám a bázikus Leggyakoribb összetétel: • • Si. O 2 Al vegyületek Fe vegyületek Ca vegyületek komponensek aránya: K+Na+Ca+Mg vegyületek összes hamu Kénmegkötési hajlamot jellemzi 30 -50% 15 -30% 2 -30% 1, 5 -15% – olajtüzelésnél: szűrés utáni ásványi maradék, olajfinomítóban belekerülő fémek (lepárlási maradék) <<1%, sok fémoxid, nehézfém, apró szemcsék © Gács Iván 11/33
Szemcseméret eloszlás, szitamaradék görbe 0, 05 0, 1 G F E D C B A 0, 05 -0, 15 -0, 25 -0, 3 >0, 035 <0, 05 0, 1 -0, 15 0, 2 -0, 25 0, 3 -0, 35 0, 3 0, 2 0, 15 H A A+B+C+D+E A+B+C+D+E+F+G mennyiség 0, 25 0, 35 Differenciális eloszlás Normálva az összesre (A+B+C+D+E+F+G+H) Integrális eloszlás © Gács Iván 12/33
Frakció és összes leválasztási fok © Gács Iván 13/33
Természetes leválasztódás Rostély tüzelés Szénportüzelés t=0. 15 -0. 2 t=0. 8 -0. 85 Salakolvasztó tüzelés t 0. 9 © Gács Iván 14/33
Elektrosztatikus pernyeleválasztó szóróelektróda alakok: © Gács Iván 15/33
Elektrosztatikus pernyeleválasztó pernye oldalirányú vándorlási sebessége: (gyűjtőelektróda felé) © Gács Iván 16/33
Zsákos szűrő Szakaszos üzem Üzem közbeni tisztítás © Gács Iván 17/33
Tüzelőanyagok kéntartalmának összetétele és égése kénoxidok a füstgázban szerves kén szervetlen kén szulfát hamuban kötött kén pirit © Gács Iván 18/33
Kén-trioxid képződés aránya © Gács Iván 19/33
Száraz kénleválaszt(ód)ás Természetes leválasztódás: leválasztás javítása: LIFAC eljárás (félszáraz) Száraz leválasztás: mészkőpor befúvás víz befecskendezés (alacsony leválasztási fok) © Gács Iván 20/33
Száraz kéntelenítés (CFBC) Cirkulációs fluid tüzelés © Gács Iván 21/33
Nedves mészköves kéntelenítés Víz Utómelegítés Tisztított füstgáz Tisztítandó füstgáz Mészkő szuszpenzió mosótorony Ca. CO 3 + H 2 SO 3 Ca. SO 3 + H 2 O + CO 2 előmosó SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 Utómelegítés lehet: gáztüzelés csapolt gőzzel füstgáz hőjével Levegő Gipsz pép © Gács Iván oxidálás Ca. SO 3 + ½ O 2 Ca. SO 4 22/33
Nitrogénoxidok keletkezése • • elsődlegesen mindig NO (nitrogén-monoxid) oxidáló környezetben részlegesen NO 2 -vé alakul redukáló környezetben részlegesen N 2 O-vé alakul három képződési forma: – termikus NO – tüzelőanyag NO – prompt NO © Gács Iván 23/33
Termikus NOx képződés termikus NO: levegő N tartalmából Első lépés: O 2 disszociáció Feltételek: magas hőmérséklet elegendő oxigén hosszú tartózkodási idő Disszociáció fok: O 2 ↔ 2 O O+N 2 ↔ NO+N N+O 2 ↔ NO+O N+N ↔ N 2 © Gács Iván 24/33
Tüzelőanyag NOx képződés tüzelőanyag NO: tüzelőanyag N tartalmából Cn. Hm-N + O 2 H 2 O+CO 2+N N+O 2 ↔ NO+O N+N ↔ N 2 © Gács Iván 25/33
Prompt NOx képződés prompt NO: levegő N tartalmából Gyors felmelegedés + lokális oxigén hiány szénhidrogén lánc szétszakadása H H I I I H H I H Pl. : H – C – C – C – H H H I I H–C–C– I I H H N 2 H H I I H–C–C– I I H H I I H–C–C–N I I H H © Gács Iván H H I I I H H I H – C–C–C–H mint a tüzelőanyag NO N mint a termikus NO 26/33
Nitrogénoxid csökkentés • Tüzeléstechnikai beavatkozások – füstgáz recirkuláció (hőmérséklet és O 2 csökkentés) – többfokozatú tüzelés (hőmérséklet és O 2 csökkentés) – NOx szegény égők (hőmérséklet és O 2 csökkentés) – redukáló zóna kialakítása (lokális O 2 hiány) – égési levegő hőmérsékletének csökkentése (hőmérséklet csökkentés) • Hatása: 35… 75% csökkenés a hagyományos megoldásokhoz képest © Gács Iván 27/33
Nitrogénoxid leválasztás SCR – Selective Catalytic Reduction általában vanádium-pentoxid katalizátor Ti. O 2 vázon élettartama 3 -8 év a tüzelőanyagtól függően © Gács Iván 28/33
NH 3 befecskendezés SCR berendezés Katalizátor elemek: © Gács Iván 29/33
Széndioxid leválasztás • tüzelés előtti leválasztás: szénelgázosítás utáni széndioxid leválasztás, gázturbinában tiszta hidrogén tüzelés • tüzelés utáni leválasztás: hagyományos tüzelés után abszorpciós leválasztás, majd deszorpció • oxi-fuel tüzelés: tiszta oxigénben égetés után a széndioxid + vízgőz égéstermékből a vízgőz kikondenzálása Részletek: CCS… pdf 4. 1. , 4. 5. és 4. 6. alfejezet © Gács Iván 30/33
KIBOCSÁTÁS CSÖKKENTÉS CO 2 BEFOGÁSSAL ZEP (EU) közlemény BEFOGÁS TÜZELÉS UTÁN BEFOGÁS TÜZELÉS ELÖTT OXYFUEL TÜZELÉS CO 2 RECIRKULÁCIÓ Forrás: Zero Emission Fossil Fuel Power Plant, WG 1 Report p. 7 © Gács Iván 31/33
Tárolási geológiai formációkban 1. 2. 3. 4. kimerült olaj és gázmezők olaj és gáztermelés intenzifikálása mély víz- és sórétegekben metán kitermelés szénrétegekből © Gács Iván 32/33
Óceáni elhelyezés © Gács Iván 33/33
- Slides: 33