Energia(termelés) és környezet BMEGEENAEK7 és BMEGEENAKM1 Nitrogénoxidok (keletkezés és kibocsátás) Előadó: Dr. Kovács Viktória Barbara Előadást kidolgozta és a tárgy korábbi előadója: Dr. Gács Iván

NOx keletkezés Természetes út: Emberi tevékenység : Talaj, felszíni vizek mikro-organizmusai révén Szerves- és műtrágyák révén Villámlás Emberi tevékenység : Közlekedés Erőművek

Keletkezés sajátosságai többféle NOx létezik (N2O (színtelen, édes), NO (színtelen, vízben rosszul oldódik), NO2 (barnásvörös, szúrós, vízben jól oldódik) …  nem stabilak: N2O3 (f: sötétkék), N2O4(g: szintelen), N2O5 (sz: színtelen)) mindkét kiinduló komponens az égési levegőben is megtalálható, többféle keletkezési mechanizmusa van, minden égésben keletkezik (90-95%-ban NO!), keletkező mennyiség tüzeléstechnikai jellemzőkkel nagymértékben változtatható, NO légkörben perce alatt NO2-vé oxidál Nitrát keletkezik (PAN) hosszú élettartam: regionális … globális hatás

NOx Káros hatásai regionális globális Fotokémiai szmog, savas eső, Tropopauza és sztratoszferikus ózon bontás (NO ← N2O) üvegházhatás (N2O és NO2→O3 miatt) N2O → N2 + O +O +O → N2 + O2 fény 90% 2NO + O2 → 2NO2 → NO + O ↓ + O3 → NO2 + O2 O3 + RO2 → RO + NO2 + HO2 ↔ NO2 + OH → HNO3 + H2O → HNO3 + HNO2 2 +NO + H2O → 2 HNO2 fény +O2

NO képződés tüzelés során I. Zeldovich 1946 Termikus (Zeldovich) N2 + O2  2 NO Első lépés: O2 disszociáció feltérelek: magas hőmérséklet elegendő O2 idő

O2 és N2 disszociációja T függvényében NO mennyisége NO

NOx a légfeleslegtényező függvényében λ

NO képződés tüzelés során II. Termikus (Zeldovich) CnHm-N CnHm-N + O2  H2O+CO2+N Tüzelőanyag CO2 H2O

Tüzelőanyag nitrogénjének konverziója λ Szén (fluid)tüzelésnél döntő N tartalom: 0,2-2 m/m% szegény dús

NO képződés tüzelés során III. Fenimore 1971 Termikus (Zeldovich) CnHm CnHm+ O2  H2O+CO2 Égés CnHm Prompt (Fenimore) CnHm  R1+R2 R+ O2  H2O+CO2 R R+N2  R-N+N CnHm-N CnHm-N + O2  H2O+CO2+N Tüzelőanyag CO2 H2O

Prompt NO keletkezése a tüzelés során Láng elején: lokális léghiány (még nem jó a keveredés) gyors felmelegedés (nem minden lángban) szénhidrogén molekula szétesik (krakkolódik) szénhidrogén gyök csak nitrogént talál (dús keverék) átmeneti molekula jön létre, pl.: az átmeneti molekula általában ennél jóval bonyolultabb jellemzően: ha a felmelegedés gyorsabb, mint a keveredés jobb elkeveredéskor: a molekula elég

Az átlagos fajlagos NOx képződés értékei, g/GJ

110/2013. (XII. 4.) VM rendelet… Nox [mg/Nm3] >50MWth Teljes névleges bemenő hőteljesítmény (MWth) Szén, lignit és egyéb szilárd tüzelőanyag Biomassza és tőzeg Folyékony tüzelőanyagok 50 ≤ Pth < 100 300 300 (250) 450 (300) 450 (400) lignitpor égetése esetén 100 ≤ Pth ≤ 300 200 250 (200) 200 (150) Pth > 300 150 (100) NOx Földgáz 100 Kohógáz, kamragáz vagy finomítási maradékanyagok gázosításából származó alacsony fűtőértékű gázok 200 Egyéb gázok I., II.., III. kat: 2013. január 13. előtt létesítési engedély, 2014. január 7-ig üzembe helyezés (IV.) kiv: GT, IC

N2O képződés f(Ttűztér) T opt: 800-900°C (fluidra jellemző, alacsony) N tartalmú közti termékek + kokszon lévő NO Koksz katalizál Főleg a szén illó tartalmából lesz

Primer NOx kibocsátás-csökkentő eljárások Erőművi nitrogén-oxid kibocsátás csökkentési módszerek Primer NOx kibocsátás-csökkentő eljárások

Keletkezési feltételek kialakulásának gátlása: Primer NOx csökkentés Keletkezési feltételek kialakulásának gátlása: magas T nagy τ sok O2 nagy dt/dτ dús keverék Katalizátorok Redukáló környezet kialakítása: CO koncentráció növelés (többfokozatú tüzelés) elégetlen szén szemcse (többfokozatú tüzelés, fluid) fluidágyban intenzív szilárd/gáz keveredés (cirkulációs fluid) termikus Prompt tüzelőanyag

Primer NOx csökkentés Égési hőmérséklet csökkentése adiabatikus égési hőmérséklet csökkentése levegőhőmérséklet csökkentés (AECO ↑) λ=1-től távoli légfelesleg tényező inert anyag bekeverés (Asug ↓ & Akonv ↑) tényleges égési hőmérséklet csökkentése intenzívebb hűtés (fajlagos tűztér terh.csökk., α ↑ -FBC) égés elnyújtása (többfokozatú tüz., lassú bekeverés – spec. égő) vízbefecskendezés O2 koncentráció csökkentés léghiányos égetés (többfokozatú tüz.) inert bekeverés

többfokozatú égetés 0,6< λ <0,8 0,6< λ <0,8 λ>1

Alacsony NOx kibocsátású sarokégő P: x100 MW

Füstgáz recirkuláció tűztérhőmérséklet és tűztéri oxigén koncentráció csökken termikus NOx képződés csökken (sugárzásos hőátvitel csökken, konvektív hőátvitel erősödik)

NOx szegény égőK

elérhető NOx emisszió csökkenés %-ban   Sarokégős szénportüzelés pakura/gudron tüzelés földgáz- tüzelés NOx szegény égő 10...30% 20...40% füstgáz recirkuláció 5...15% 10...35% 20...70% égési levegő hőmérsékletének csökkentése 10...40% 10...60% kétfokozatú égetés redukáló gázégő — 30...50% együtt 35...60% 40...70% 50...80%

Szekunder NOx kibocsátás-csökkentő eljárások Erőművi nitrogén-oxid kibocsátás csökkentési módszerek Szekunder NOx kibocsátás-csökkentő eljárások

Szekunder NOx csökkentési lehetőségek Száraz eljárások SCR: szelektív katalitikus redukció (Talacsony +NH3) NSCR: nem-szelektív katalitikus redukció (+H2, CO, CxHy) SNCR: szelektív nem-katalitikus redukció (T~1000°C +NH3) T<830°C befagy T>1100°C kombinált SOx/ NOx leválasztás Bergbau-Forschung eljárás: aktiv koksz katalizátor C max 150°C C 80-150°C 1. 2. NOx + NH3 → N2 + H2O

Szekunder NOx csökkentési lehetőségek Nedves eljárás: kombinált SOx/ NOx leválasztás oxidáció mosás Kimosható

szelektív katalitikus redukció (SCR)

Az SCR helye a füstgáztisztítási folyamatban Olaj Gáz

Redukció ammónia igénye ammónia felesleg εNOx εNO=1 1 Nagyobb katalizátor Kisebb katalizátor ηNH3=1 ηNH3<1 ~1.02 NH3/NOx mólarány

katalizátoron átszökő NH3 f=( ε, katalizátorméret) 5 ppm (GER)

Katalizátor Élettartam: Nagy fajlagos felület : ~ 1000 m2/g V2O5/TiO (SOx érzékeny), FeO3, MgO3, WO3, CrO3 (kisebb f), zeolit Aktivitás csökken, 8-12e eff. üzemidő után állandósul k=0,4-0,8 Károsítja: Magas T (>450°C maradandó) Katalizátor mérgek porozitást teszik tönkre: SOx, alkáli, és alkáli földfém oxidok, NH4HSO4 Pernye koptat Élettartam: széntüzelés: 2-3 év olajtüzelés: 4-5 év gáztüzelés: 6-8 év Fajlagos térfogatáram ( 𝑉 𝑔 𝑉 𝑘𝑎𝑡 ) f=(tüza, εNOx, nNH3/nNOx) széntüzelés: 1500…3000 h-1 olaj~, gáztüzelés: 5000…10000 h-1