Skip to content
Image shows burning domestic biomass pellets

Spalování biomasy ve velkých zdrojích

Přehled spalování biomasy ve velkých spalovacích stacionárních zdrojích

Stále více je prosazován trend spalování biomasy v průmyslovém měřítku jako zdroj spolehlivé nízkouhlíkové energie. Nicméně, i při spalování biomasy vznikají toxické znečišťující látky, jako je oxid uhelnatý, dioxiny, pevné částice a oxidy dusíku, pečlivě kontrolovány, které je potřeba pečlivě kontrolovat, popř. regulovat. Mezi další nezanedbatelné složk spalin patří metan, který sice není toxický, ale je silným skleníkovým plynem, a proto je nutné minimalizovat i jeho emise.

Se zvyšujícím se instalovaným výkonem spalovacího stacionárního zdroje (nad běžné domácí rozměry) se zvýšuje se význam opatření pro snižování hmotnostních koncentrací znečišťujících. Průmyslová zařízení spalující biomasu jsou vybavena sofistikovanějšími řídicími systémy než domácí zařízení, což znamená, že složení spalin lze udržovat v užším rozmezí. To umožňuje používat pokročilejší technologie snižování hmotnostních koncentrací znečišťujících látek ve spalinách, včetně selektivní katalytické redukce (SCR), elektrostatických odlučovačů (ESP) a oxidačních katalyzátorů.

Pro zřízení nových zařízení jsou obvykle vyžadována povolení a jejich získání je často podmíněno splněním přísných norem týkajících se limitních hodnot hmotnostních koncentrací znečišťujících látek ve spalinách. Finanční pobídky mohou zahrnovat financování formou dotací nebo možnost prodeje emisních povolenek, avšak získání obou těchto možností bude pravděpodobně vyžadovat velmi pečlivou pozornost dopadu provozu zařízení na kvalitu ovzduší i na emise skleníkových plynů.

Chemie znečišťujících látek ve spalinách ze spalování biomasy ve velkých zdrojích

Zjistěte více o chemickém složení znečišťujících látek ze spalování biomasy ve velkých zdrojích a o možnostech jejich snížení.

Biomasa je často popisována jako “uhlík”, což je v obecné rovině pravda, ale bohužel je v ní také poměrně hodně dalších molekul, které ztěžují dosažení “čistého” spalování.

I kdybychom spalovali čistý uhlík, stále by docházelo k určitému znečištění v důsledku nedokonalého spalování, a to ve formě oxidu uhelnatého a sazí. Kromě toho by teplo ze spalovacího procesu způsobilo reakci mezi kyslíkem a dusíkem ve spalovacím vzduchu, což by vedlo ke vzniku oxidů dusíku.

Přehled spalování biomasy ve velkých spalovacích stacionárních zdrojích Mezi jedny z nejdůležitějších znečišťujících látek patří dehtové sloučeniny, které se při neúplném spálení mohou uvolňovat jako těkavé organické látky, z nichž některé mohou při nižších teplotách kondenzovat a vytvářet pevné částice.

Minerální látky obsažené v palivu (popelovina) se při spalovacím procesu mění na popel, jehož část se může uvolňovat do proudu spalin jako prach. Některé druhy biomasy, jako je např. sláma, obsahují také chlor, který rovněž ovlivňuje složení spalin.

Oxidace znečišťujících látek ve spalinách ze spalování biomasy ve velkých zdrojích

Zjistěte, jak mohou katalyzátory oxidovat znečišťující látky ze spalování biomasy ve velkých zdrojích.

Mnoho znečišťujících látek (například oxid uhelnatý, těkavé organické látky, dehtové sloučeniny atd.) vzniká při spalování biomasy v důsledku nedokonalého spalovacího procesu. Katalytickou oxidaci lze považovat za sekundární proces spalování, při němž veškeré organické sloučeniny, které nedoreagovaly při primárním spalování, oxidují na oxid uhličitý a vodu.

Katalytická oxidace je závislá na teplotě a obecně vyžaduje teploty v rozmezí 250-450°C, aby byla účinná. Tato teplota je však podstatně nižší, než je teplota potřebná pro nekatalytickou oxidaci, např. s použitím dopalovacích zařízení (např. hořáky), a proto je často ekonomičtějším a ekologičtějším řešením.

Při navrhování systému katalytické oxidace pro velké spalovací stacionární zdroje je vždy klíčová teplota spalin. V další fázi je potřeba zhodnotit koncentraci prachu ve spalinách a navrhnout podle ní konstrukci katalyzátoru tak, aby bylo zabráněno ucpání buněk. Za třetí je potřeba vzít v úvahu korozivní látky ve spalinách, jako je síra a chlor, které mohou v případě nepoužití specializovaných povlaků aktivních prvků zkrátit životnost katalyzátoru.

Využití selektivní katalytické redukce ke snížení znečištění ze spalování biomasy

Technologie selektivní katalytické redukce (SCR) může pomoci velkým zdrojům určeným pro spalování biomasy splnit nařízené emisní limity.

SCR je zkratka pro selektivní katalytickou redukci a jedná se o technologii používanou k rozkladu oxidů dusíku (NOx).

Redukcí se obecně rozumí proces snižování oxidačního čísla atomu, iontu nebo molekuly.

Při horkých procesech často vznikají oxidy dusíku, což jsou škodlivé znečišťující látky, které vzbuzují stále větší obavy.

Selektivní katalytická redukce funguje tak, že se do proudu spalin zavede další sloučenina, označovaná jako “redukční činidlo”, která přiměje atomy kyslíku, aby “odskočily” od molekul NOx a místo toho reagovaly s tímto činidlem.

Ve většině případů se k podpoře této reakce používá katalyzátor, přičemž se jeho pracovní teplotní okno pohybuje v rozsahu 150 – 600°C.

Bez katalyzátoru se teplotní okno posouvá ve směru vyšších teplot. Skladování i manipulace roztoků močoviny je v porovnání s roztokem čpavku jednodušší..

Ten lze zakoupit ve formě roztoku, případně lze místo něj použít roztok močoviny, například Adblue.

Skladování i manipulace roztoků močoviny je v porovnání s roztokem čpavku jednodušší. Roztok močoviny je také dostupnější, nicméně při přímém vstřikování do spalin vyžaduje pro reakci teplotu alespoň 300 °C.

Je velmi důležité, aby množství vstřikovaného redukčního činidla odpovídalo koncentraci NOx ve spalinách. Pokud je množství redukčního činidla příliš nízké, nebude dosaženo potřebné snížení koncentrace NOx, zatímco pokud je příliš velké, bude se do spalin uvolňovat amoniak.

Proto je vyžadován sofistikovaný systém vstřikování redukčního činidla. Dobře navržený systém SCR je schopen snížit emise NOx až o více než 90 %.

Analýza spalin z velkých spalovacích stacionárních zdrojů spalujících biomasu

Můžeme interpretovat data z testovacích protokolů týkajících se analýzy spalin z velkých spalovacích stacionárních zdrojů spalujících biomasu.

Jak směrnice o průmyslových emisích, tak směrnice o středních spalovacích zařízeních vyžadují pravidelné monitorování emisí, které musí provádět společnosti, které mají příslušnou akreditaci (např. MCERTS – Monitoring Certification Scheme For Equipment).

Jsme často oslovováni v situacích, kdy provozovatel zjistí, že jím provozovaný zdroj překračuje limitní hodnoty koncentrací znečišťujících látek. V této situaci obvykle používáme protokoly o zkouškách jako výchozí bod pro diagnostiku problému.

Monitorování emisí je také velmi důležité pro správnou kalibraci systémů SCR a schvalování každé nové instalace. Systémy SCR mohou zahrnovat i analyzátory a přidružená zařízení pro záznam dat, ke kterým lze v případě potřeby přistupovat vzdáleně.

 

Povolené emise z velkých spalovacích stacionárních zdrojů spalujících biomasu

Našim zákazníkům můžeme pomoci s dodržováním předpisů týkajících se znečištění ze spalování biomasy ve velkých zdrojích

V EU a ve Spojeném království je největším posunem v předpisech týkajících se emisí ze spalování biomasy v průmyslovém měřítku „Směrnice o středních spalovacích zařízeních“ (Medium Combustion Plant Directive – MCPD). Směrnice se vztahuje na zdroje s tepelným příkonem v rozsahu 1 až 50 MW a má rozmezí termínů zavedení od prosince 2018 do ledna 2030 v závislosti na tepelném příkonu zdroje a na tom, zda se jedná o nové nebo stávající elektrárny. Výše uvedená směrnice MCPD se zaměřuje především na snižování koncentrací NOx ve spalinách, avšak u některých druhů paliv jsou regulovány také koncentrace SO2 a prachu.

Zdroje s výkonem větším než 50 MW jsou obvykle regulovány podle stávající směrnice Evropského parlamentu a rady o průmyslových emisích (2010/75/EU).

Na zařízení s tepelným příkonem nižším než 1 MW se směrnice MCPD nevztahuje, ale často se od nich vyžaduje, aby splňovaly emisní limity, aby mohly získat dotace.

Katalyzátory pro velké zdroje určené pro spalování biomasy.

Můžeme navrhnout a dodat oxidační i redukční katalyzátory pro snížení znečištění ze spalování biomasy v průmyslovém měřítku.

Při řešení systému čištění spalin vzniklých při spalování biomasy ve velkém zdroji je často nutné dodržet náročná výkonnostní kritéria, což z každé individuální aplikace tvoří samostatný projekt. Tlaková ztráta systému pro čištění spalin je obvykle důležitým kritériem celého návrhu, přičemž náš tým disponuje odbornými znalostmi a zkušenostmi, abychom ji mohli přesně předpovědět.

Pro systémy čištění spalin je vyžadována vysoká spolehlivost a vysoké roční využití, a proto jsou tyto systémy obvykle navrženy tak, aby mohla být v pravidelných intervalech prováděna údržba či případné opravy. Zvláštní pozornost je třeba věnovat přítomnosti některých znečišťujících látek ve spalinách, jako je např. síra, které mohou vyžadovat použití speciálních katalytických látek, pro účinné zabránění jejich předčasnému selhání.

Můžeme navrhnout a dodat katalyzátory s keramickým, nebo kovovým tělem. V případě keramických těl katalyzátorů je u velkých aplikací obvyklé jejich uspořádání do větších celků (do mřížky), přičemž Vám navrhneme vhodné pouzdro pro jednoduchou manipulaci (čištění, výměna atd.) s katalyzátory. Rádi vám také dodáme náhradní keramické katalyzátory, které se vejdou do stávajících pouzder.

Navrhujeme také pouzdra pro katalyzátory s kovovým tělem, která usnadňují manipulaci např. za účelem čištění.

Společnost Whitebeam nabízí dodávky účinných katalyzátorů v různých odvětvích pro celé spektrum subjektů, jako jsou např. výrobci zdrojů, koncoví uživatelé, konzultanti, odborníci na čištění spalin atd.