Energia(termelés) és környezet BMEGEENAEK7 és BMEGEENAKM1 Pernye keletkezése, tulajdonságai, természetes leválasztódás leválasztó berendezések Dr. Kovács Viktória Barbara Előadást kidolgozta és a tárgy korábbi előadója: Dr. Gács Iván

Szilárd szennyezők Pernye Korom Tüza. szervetlen tartalmából keletkezik Ezzel foglalkozunk Korom Tökéletlen égés terméke (nincs elég T, O2) Általában nem foglalkozunk vele, mert ennek csökkentése energetikai kérdés, gazdasági cél Hideg tűztérben gyújtáskor keletkezik FG-nál nincs, ezért ezzel kell gyújtani Olajnál 5-10 percig keletkezik Néha mégis foglalkozni kell vele a benne lévő PAH , egyéb heterociklusos vegyületek miatt Pl: furán, benzo-a-pirén rákkeltők nagyon alacsony EÜ határértékkel bírnak, [ng/m3] sőt [pg/m3] PAH vegyületek: (min. 3 aromás, nincs heteroatom) Antracén Benzo[a]pirén Krizén Koronén Korannulén Naftacén Naftalin Pentacén Fenantrén Pirén Trifenilén Ovalén

Látótávolságot rontja Emberi egészségre veszélyes Pernye káros hatásai Látótávolságot rontja Emberi egészségre veszélyes Légzőszervi megbetegedések főleg a < 10μm Szubmikon (< 0,1 μm) tüdő szöveteibe is behatol Nehézfém, nyomelem, PAH tartalma miatt különösen veszélyes lehet Tüdőn, bőrön, emésztőrendszeren át is felszívódhat Kiülepedve talajra, élővízbe Növények pórusait eltömi Állatokra veszélyes közvetve a növényeken keresztül, vagy közvetlenül mérgező lehet Korrodálhatja az épített környeztet

Szilárd égéstermékek képződése szén tüzelése esetén +PAH, nehézfém

Pernye Keletkezése Széntüzelésnél: hamutartalomból: 20...50%, talaj-, kőzet-alkotó anyagok, zárványok. Szokásos összetétel: SiO2 30-50% Al vegyületek 15-30% Fe vegyületek 2-30% Ca vegyületek 1,5-15% Tulajdonságait befolyásoló tényezők: Tüz.tech, és a kiőrlési finomság pernye szemcseméretét és ~ eloszlását C-ben lévő ásványi zárványok mérete befolyásolja C minősége, hamutartalma (h) A hamu összetétele pernyeszemcsék sűrűségét befolyásolja Fajlagosan keletkező hamutartalom: 𝑓 ℎ = 1000∙ℎ 𝐻 𝑡ü Olajtüzelésnél: szűrés utáni ásványi maradék, <<1%, sok fémoxid, nehézfém, apró szemcsék

Valóságban tapasztalat alapján ~1000 kg/m3-re becsüljük Pernye sűrűsége Leválasztásnál fontos, mert a nagy/nehéz könnyen leválasztódik ömlesztett sűrűség : (1 m3 hombárba mennyi pernye fér) ~600-800 kg/m3, a pernye alakja nagyon változatos ezért sok levegő van a szemcsék között, rázott sűrűség, tömörített sűrűség: ~1000-1500 kg/m3, ez még mindig kisebb mint a pernyét alkotó ásványok sűrűsége, a pernyében levő gázzárványok miatt, kőzetsűrűség: ~2500-3000 kg/m3. Valóságban tapasztalat alapján ~1000 kg/m3-re becsüljük

Pernye, hamu kémiai tulajdonsága SiO2 :erősen koptat Bázicitási szám a bázikus komponensek aránya Kénmegkötési hajlamot jellemzi Ca+Mg+K+Na vegyületek összes hamu Szervetlen vegyületek elgőzölögnek magas T-n: Fémoxidok: Al, Fe, Toxikus nehézfémek: Hg, Ti, As, Pb Egy részük a kazánfalra kondenzál Többi pernyére kerül, az aeroszol méretűvel (0,05μm) kikerül Hulladékkal együtt tüzelés: újabb nehézfémek Korom, PAH: kis mennyiségben jelen lehet

Szemcseméret-eloszlás és meghatározása szitálással mennyiség A C B E D F G H DR=0,3-0,35 DR=0,25-0,3 DR=0,2-0,25 DR=0,15-0,2 DR=0,1-0,15 DR=0,05-0,1 DR<0,05 DR>0,35 mm A B C D E F > G H

Szitamaradék görbe mennyiség Differenciális eloszlás > A C B E D F G H A+B+C+D+E+F+G A+B+C+D+E+F A+B+C+D A+B+C+D+E A+B+C A+B A 0,1 0,2 0,3 0,05 0,15 0,25 0,35 Normálva az összesre (A+B+C+D+E+F+G+H) Differenciális eloszlás Integrális eloszlás

Lognormális szemcseméret eloszlás Traszformáció = szemcseméret (fakció) gyakoriság Szitamaradék görbe deriváltja NEM NORMÁL ELOSZLÁS!  aszimmetrikus (nagy kiválik) = szemcseméret (fakció) gyakoriság NORMÁL ELOSZLÁS!  de sok mérés kell hozzá σ: szórás

Szitamaradék görbe: Egyenessé transzformálás R, integrális (szitamaradék) görbe 0,5 1 d Hasonló eloszlás, de 3 finomabb Kisebb szórás Normál fakció gyakoriság

Frakció és összes leválasztási fok

Lognormális – Egyenes szemcseméret eloszlás

Pernye leválasztás Természetes leválasztódás Berendezés és üzemi paraméter függő Leválasztó berendezés elv: Ülepítők nehézségi erő Mechanikai leválsztók tehetetlenségi erő Centrifugál-leválasztók centrifugális erő Elektrosztatikus pernyeleválasztók elektrosztatikus erő Zsákos szűrők tehetetlenségi erő Kerámia szűrők tehetetlenségi erő Nedves pernyeleválasztók nehézségi erő

Természetes leválasztódás hamu salak pernye t=0.8-0.85 Rostély tüzelés: főleg salak t  0.9 Salakolvasztó tüzelés: Hamutartalmat tüzelésközben távolítja el ~Tad, hamu megolvad -+dalék S megkötés (salak op ↓) ciklon szerű égés, olvadt salak a falon folyik le  t=0.15-0.2 Szénportüzelés: finomra őrölt C levegővel befújva méret ↓ kihordás ↑  t=0.85-0.9 Lebegtetett szénpor tüzelés: nyugvó/cirkulációs

Szilárd részecskék kibocsátási határértékei MEGLÉVŐ (2013 jan. 1-e előtti) Megengedett koncentráció, mg/m3 Új erőművek Meglevő erőművek Széntüzelésű erőművek >50MWt (1) 30…50 50…100 Folyékony tüzelőanyagú erőművek >50MWt (1) 50 Gáztüzelésű erőművek >50MWt (1) 5 Gázturbinák(1) 2…4 Szén- és lignittüzelés >50MWt (2) 5…20 5…30 Olajtüzelés >50MWt (2) ÚJ (2013 jan. 1-e utáni) (1) 10/2003. (VII. 11.) KvVM rendelet 110/2013. (XII. 4.) VM rendelet (2) Integrated Pollution Prevention and Control. BAT for Large Combustion Plant. EC 2005. barnaszén: fp = 20…40 g/MJ  15…40 g/m3 * (1-εt) ≈ 10 g/m3 50mg/m3-re kell csökkenteni  εö>90% (99,…%)

Ciklon rendszerű leválasztó - 1-2-μm-ig - εö~90% is lehet - utána zsákos/elektrofilter kell - hűtés nélkül tisztítható a gáz (150°C) CFD Cyclone Simulation.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=zxnp8wbhajM

𝐹 𝑐 =𝑚∙ 𝑣 2 𝑟 ∆𝑝=𝜉∙𝜌∙ 𝑣 2 2𝑔 Ciklonok 𝐹 𝑐 =𝑚∙ 𝑣 2 𝑟 ∆𝑝=𝜉∙𝜌∙ 𝑣 2 2𝑔 ε ↑ - dciklon (vgáz=áll) ↓, de ekkor Δp ↑, ktg ↑  multiciklon - vgáz ↑ Részterhelés: ε ↓ - vgáz ↓

Multiciklon rendszerű leválasztó 𝜀 ö,𝑚𝑐 = 𝜂 𝑚𝑐 ∙ 𝜀 𝑒 multiciklon csoport-hatásfok εö< εe , mert a por ccio nem egyeletes

Örvénycsöves multiciklon - Jobb elrendezés - ε nagyobb - közös gáz be- és elvezetés, ház behegesztett perdítő elem

Elektrosztatikus pernyeleválasztó - 1 μm körüli is - εö~97-99,6% is lehet - 300-350°C-on üzemel (LUVO és ECO közé) ESP Working Principle.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=eu4T080dsG8

Szóróelektróda típusok és a porszemcsék leválasztási mechanizmusa

Gyűjtőelektródák tisztítása por szigetelő  le kell szedni rázás: ütögetés:

Elektrosztatikus pernyeleválasztó leválasztó lemezének kialakítása

Leválasztási fok oldal- és hosszirányú vándorlás időigénye: L h v: szemcse átlagos vándorlási sebessége 1 n db z szélességű csatorna füstgázsebesség: fajlagos felület gyűjtőelektróda lemez felülete

Leválasztási fok

Szemcsék átlagos oldalirányú vándorlási sebessége v=f(gáz/por paraméter, elektromos térerő) nem ↑ ∞-ig  kisülés szóró elektródán sok hegy, folytonos él v kisebb, de ε eleve jó v nagyobb, ε jobb gyakori, jó ε a=[1…3], agyakorlati=2,5-3 D=por/gáz dialaktromos állansó

Szemcse vándorlási sebesség vfg [m/s] v [m/s] Opt: 1-3 m/s f [s/m] v [m/s] Részterhelés: ε↑ - vfg ↑ (F=áll), ciklonnál jobb ε↑ - F ↑, ε↓ - f ↑, mert v ↓ v (mm) 107 108 109 1010 1011 ρ = pernye ellenállás fontos áramnak ezen át kell jutni - általában rossz vezető (jó minőségű C-ben: - sok SiO2, ami rossz vezető - kevés S, H2O, ami jó vezető - ρ túl nagy vezetőképességet ↑ kell  H2O (hűt és drága) T ↑ (kopás nagyobb)

Zsákos típusú szövetszűrők - 1-2 μm is bent marad - a csatornák beboltozódnak  tisztítás BAG FILTER.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=pGFIbKhLuLo

Tisztítási periódus ε 1 üzemidő Δp Tartalék kapacitás !! High efficiency filtration with P84® filter bags.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=_EspCe6U5Ow ε↑ - τ ↑, 2-3 periódus után kvázistacioner üzem Δp ε 1 üzemidő τ 1 τ 2< τ1 Tartalék kapacitás !!