A Sűrűzagy Alkalmazása a Környezetvédelemben

Átírás

1 A Sűrűzagy Alkalmazása a Környezetvédelemben Kránitz Lili 1, Walter Géza 2 ( 1 Regionális és Környezetgazdaságtan MSc., 2 Gépészmérnök MSc./Tüzelési Technológiák PhD.) GEA-EGI Energiagazdálkodási Zrt, Budapest 1117, Irinyi J. u KULCSSZAVAK: salak-pernyekezelés, füstgáz kéntelenítési maradékok, ettringit képződés, szivárgási tényező BEVEZETÉS A villamosenergia-termelés szükségszerű velejárója egy bizonyos szintű környezeti terhelés ez az ára modern társadalmunk kényelmének és jólétének. Elengedhetetlen ugyanakkor az állandó törekvés e környezeti hatások csökkentésére, s a kockázatok ésszerű legalacsonyabb szinten való tartására. Energiaforradalom ide vagy oda, a világ ma is a széntüzelésből nyert villamosenergiára támaszkodik. Az egyre nagyobb energiaéhségű fejlődő országok energiaintenzív ipari tevékenységei és nagy mennyiségben rendelkezésre álló szén készletei világszinten növekvő szén felhasználást vetítenek előre 1. Ez jelentős környezeti stresszt jelent globálisan a klímára nézve gondoljunk csak a mérhetetlen szén-dioxid kibocsátásra de káros hatást gyakorol a helyi környezetre is. A szén-dioxid és a nitrogén-oxidok például hatással vannak az ózon-rétegre, a szénmonoxid belélegezve veszélyes komponens, a kén-dioxid a savas esőkért felelős, a szilárd szennyezők pedig olyan nehézfémeket tartalmazhatnak, amelyek a talajba és vizekbe jutva mérgezhetik az élővilágot. E környezeti hatások minimalizálására illetve elkerülésére számos különböző technológiát fejlesztettek. A szén-dioxid kibocsátás az erőmű hatásfokával csökkenthető, a nitrogén- és kén-dioxidok leválasztására komplett berendezések állnak rendelkezésre, a szilárd fázisú szennyezők ellen porleválasztóval védekeznek, s végül hatékony megoldást keresnek a képződő salak és pernye környezetbarát deponálására is. A tüzelési maradékok a tüzelő berendezés számos pontján felhalmozódhatnak. Ezek mennyisége és minősége nagyban függ az eltüzelt szén minőségétől illetve a tüzelési technológiától. A porleválasztóban képződő pernye teszi ki az összes 1 International Energy Agency: CO 2 Emissions From Fuel Combustion, Highlights,

2 tüzelési maradék 80 százalékát, a maradék 20 százalék a képződő salak. Jelentős ezen kívül a kéntelenítő berendezésben keletkező hulladék, elsősorban gipsz, ami értékesítési lehetőségek hiányában sok esetben egyszerűen lerakásra kerül. E hulladékok mennyisége általában nem több a pernye 20 százalékánál. A tüzelési maradékok ártalmatlanítására több különböző technológia létezik. Az úgynevezett száraz technológia jelentős porterhelést jelent a helyi környezetre nézve, míg a hígzagyos rendszerek jelentős vízigénnyel működnek, illetve elfolyó vizeikkel sokszor elszennyezik a talajt és a talajvizet. A sűrűzagy rendszer egy ezektől eltérő salak-pernyekezelési technológia, aminek alapja a tüzelési maradékok és víz intenzív keverése. A rendszer képes egyszerre kezelni a salakot és pernyét, sőt, füstgáz-kéntelenítési maradékok bekeverésére is alkalmas. A folyamat végén a depónián egy szilárd, homogén, környezetet kímélő anyag keletkezik, ami minden minőségi követelményt képes teljesíteni. PERNYEKŐ KÉPZŐDÉS A hamu egyes komponensei víz jelenlétében hajlamosak szilárd fázisba kerülni. E kémiai folyamat lényege az, hogy a puzzolános (szilícium, alumínium) tulajdonságú szilárd anyagszemcsék felületének nedvesítésével a kalcium-hidroxiddal (mely a szabad kalcium oxidból keletkezik a vízzel való keveredéssel) reakcióba lépnek. A kalcium-hidroxid a reakcióban leépül, de a reakciót követően vízben nem oldható, szintetikus kalcium-szilikát tartalmú, másrészt vízben rosszul oldódó kalciumaluminium-szulfát vagy kalcit (CaCO3) keletkezik (ez az úgynevezett ettringit képződés). Maga a kémiai reakció hosszabb folyamat, így a teljes reakció lejátszódása során fokozatosan vesz fel még vizet 2. Balra: Elektron mikroszkópos felvétel kalcium-hidroxid lemezekről és ettringit tüskékről; jobbra: beágyazódott pernyeszemcse 2 Veszprémi Egyetem, Mérnöki Kar, Folyamatirányítás Tanszék: Preparation of High Concentration Ash Slurry Disposal at Eesti Power Plant

3 E reakciók a víz és a hamu alkotói között spontán mennek végbe, adalékanyag hozzáadása nélkül. A kémiai folyamat kimenetelét ugyanakkor több körülmény is erősen befolyásolja; ilyen például több reakcióban résztvevő komponens jelenléte, a felhasznált víz ph-ja, a szemcseeloszlás, vagy a keverés módszertana. A sűrűzagy technológia lényege éppen abban rejlik, hogy biztosítja a kémiai reakció létrejöttéhez szükséges lehető legjobb körülményeket. Ehhez elsősorban két fontos részletet kell pontosan beállítani: az optimális vízmennyiséget és a keverés intenzitását. A vízmennyiség pontos beállítása a reakcióhoz illetve a szivattyús kiszállításhoz szükséges; az intenzív keverés a homogén keverék előállításához fontos. A megoldás: keverőlapátok nélküli hidrodinamikus keverés alkalmazása. A megkevert sűrűzagy ezután szivattyúk segítségével csővezetéken keresztül kerül kiszállításra turbulens áramlást fenntartva 3. A KEVERÉSI FOLYAMAT A sűrűzagy technológia legfontosabb eleme a mixer. A sűrűzagy mixer fogadja a pernyét, és 0,8:1-1,2:1 víz:szilárd tömegarányban elvégzi a keverést. A pernyén kívül mm szemcsenagyságú salak és gipsz bekeverése is lehetséges. A keverék előállításához szükséges víz, bizonyos ph határok között bármilyen erőművi hulladékvíz lehet. Két beépítésre váró sűrűzagy mixer 3 BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék: Sűrűzagy Keverő Áramlástechnikai Vizsgálata, 2010, Budapest.

4 A sűrűzagy mixer a következő elemekből épül fel: - Előkeverő fej a száraz pernye és egyéb opcionális száraz input fogadására. Az előkeverés a megkevert sűrűzagy, a szárazanyagok és a szükséges mennyiségű víz keverését végzi; - Keverő tank a nedves input anyagok fogadására (salak, gipsz zagy). A keverő tankban történik az előkevert pernye és a nedves inputok keverése. A keverő tankban a megfelelő tartózkodási idő biztosítja a homogén keverék létrejöttét. - Két, szivattyúval ellátott recirkulációs kör (tartály-visszakeverés és fejvisszakeverés) a hidrodinamikus keverés és a homogén állag elérésének biztosítására. E két recirkulációs körnek nagy szerepe van a végső anyag minőségének kialakításában. - A pernyeadagolás és a kiszállítás beállításához szükséges, a sűrűzagy keverék minőségét szabályozó segéd berendezések. A sűrűzagy mennyiségét és minőségét egy beépített sűrűségmérő rendszer figyeli. A mért zagysűrűségtől függően lép működésbe a pernyeadagolásért felelős forgócellás adagoló. Ezzel érhető el és tartható fenn a zagy állandó sűrűsége A sűrűzagy keverőn belüli magassága is állandó megfigyelés tárgya, ennek beállítását a hozzáadott víz mennyiségével lehet szabályozni. A sűrűzagy keverő megfelelő öblítő rendszerrel és ürítő pontokkal felszerelt; ez megakadályozza a bármilyen leállás következtében fellépő dugulás lehetőségét. A SŰRŰZAGYOT ALKOTÓ ANYAGOK Pernye: a sűrűzagy rendszer használatához a pernyét száraz formában szükséges összegyűjteni. A pernye silókba való szállításához száraz pneumatikus szállítórendszer használata ajánlott. A silók vésztárolási lehetőséget jelentenek a rendszer bármilyen vészleállása esetén. Egyes esetekben a pernyét eltérő keletkezési helye miatt két külön rendszerben gyűjtik (filter-pernye és eco-pernye). A sűrűzagy keverő probléma nélkül képes kezelni a két helyről érkező pernyét is. Technológiai víz: a sűrűzagy rendszer számára szükséges a technológiai víz állandó elérhetősége a kívánt nyomástartományban, hiszen víz hozzáadásával szabályozható a keverék szilárd-folyékony aránya. A technológiai víz lehet ipari víz, illetve gyakorlatilag bármilyen, az erőműben használt technológiák által termelt hulladékvíz is, mint például a füstgáz kéntelenítő hulladékvize, vagy a nedves hűtőtornyok lelúgozásából származó hulladékvíz. Korlátot egyedül a víz ph értéke jelenthet. Salak: a salak gyűjtése többféle módon történhet, ezek két csoportra oszthatóak: nedves és száraz salakeltávolításra. Nedves módszer többek között a kaparós salakeltávolítás, s száraz technológia például léghűtéses szállítószalag használata.

5 A kazánból összegyűjtött salak formátlan, üvegszerű anyag, amit a keverőbe való adagoláshoz mm-es szemcseméretre szükséges törni. A részecskék nem tartalmaznak oldható anyagot, szállításuk nedves salakeltávolítás esetén vízzel történik. Ebben az esetben besűrítő alkalmazása ajánlott a megfelelő, 1:3-1:5-ös arányú víztartalom eléréséhez. A besűrített salak ezután a keverőbe vezethető. A salak siló és a keverő közti távolságtól függően a salak mixerbe való elszállítása száraz és nedves formában is történhet; az utóbbi esetben használt salak-víz arány a föntieknek megfelelően 1:3-1:5. Füstgáz kéntelenítői gipsz: a kén-dioxid füstgázból való eltávolítására számos technológia létezik. Ezek közül a legelterjedtebb a nedves mosatás, amikor a füstgázban található légszennyező anyagokat mésztej befecskendezésével közömbösítik. A folyamat mellékterméke egyrészt a 10-15%-os víztartalmú gipsz, másrészt az igen szennyezett, gáztisztítóból származó hulladékvíz. E keletkező hulladékok mennyisége és minősége elsősorban a tüzelőanyagként használt szén minőségétől függ. Hangsúlyozandó, hogy a sűrűzagy előállításához nem szükséges kéntelenítői maradékok bekeverése, de igény esetén lehetséges. A SŰRŰZAGY SZÁLLÍTÁSA A sűrűzagy valójában pernye és víz által képzett sűrű szuszpenzió, aminek sűrűsége és viszkozitása jóval a víz értéke fölötti. Ez azt jelenti, hogy a kiszállításhoz nagyobb nyomás szükséges a csövekben, mint a víz esetében. A nagyobb salak szemcsék az áramló sűrűzagyban lebegésben maradnak és nem ülepednek le a csőben, ehhez azonban nagyobb áramlási sebesség szükséges (legalább 1,2-1,5 m/s). A sűrűzagy rendszer leállása esetén a keverőt és a csöveket vízzel át kell mostani, ezzel megelőzhetők az esetleges dugulások. A szállításhoz használt szivattyúk centrifugál vagy dugattyús szivattyúk, 4 km feletti kiszállítási távolság esetében a dugattyús szivattyú ajánlott. A kiszállító és elosztó csővezetékek kopásálló szénacélból készülnek, méretezésük a megfelelő szállítási sebességet figyelembe véve történik. Ez azért fontos, mert a turbulens áramlás megszakadásakor a zagyban lévő részek elkezdenek kiülepedni, ami akár duguláshoz is vezethet. A csővezeték rendszer a keverő berendezés után elhelyezett szivattyúnál indul, adott távolságonként ürítő pontokkal felszerelt. A csővezeték karimás kötésekkel kapcsolódik össze, ezek azonban szükség esetén könnyen megbonthatóak és leüríthetőek (például az elfagyás elkerülése végett).

6 A sűrűzagy optimális sűrűsége által megkövetelt nyomás viszonylag alacsony, körülbelül 40 bar 6-8 km-es kiszállítási távolság és nem túl nagy magasságbeli különbség esetén. A MEGSZILÁRDULT ANYAG KÖRNYEZETVÉDELMI ELŐNYEI A sűrűzagy rendszer legfőbb előnyeit leginkább a deponált sűrűzagy kedvező tulajdonságain lehet megfigyelni. Az intenzív keverés által beindított kémiai reakciók olyan végterméket eredményeznek, amely a depóniára kiöntve szilárd fázisú, tömör anyag lesz 4. A technológia eredményeként létrejött anyagban a keveréskor hozzáadott víz egy része kémiai kötésbe kerül, egy másik része pedig az anyag pórusaiban raktározódik. Ehhez képest elenyésző mennyiség képes csak átfolyni a megszilárdult zagyon, így a kifolyó csurgalékvizek mennyisége igen kevés. A szivattyúzás költsége ezért alacsony. A csurgalékvizek kis mennyiségén túl azok minőségében is előnyös változás tapasztalható. Ez egyrészt az alacsony szivárgási tényezőnek köszönhető, másrészt pedig annak, hogy a megszilárdult anyag a kémiai reakció során úgy zárja magába a szennyező elemeket, hogy azok nem oldódnak ki az átszivárgó vizek hatására. A csurgalékvizek így általában megfelelnek minden környezetvédelmi határértéknek. A megszilárdult depónia nyomószilárdsága igen magas, az egymásra hordott rétegek összmagassága elérheti akár a métert is. Az egyes szintek 3-4 méterenként töltik fel; a műtárgy így egy piramist alkot, ami akár 15 emeletből is állhat. Az egyes szinteken kialakított gátak anyagának legalább 70%-a a megszilárdult sűrűzagyból készíthető. A depónia művelése egyszerű, nem igényel állandó személyzetet; az egyetlen gyakoribb művelet a kifolyási pontok heti rendszerességű váltása. A szilárd felületet nem erodálja a szél, a felszín nedvesítésére nincs szükség, nem jelentkezik olyan kiporzás, ami a hasonló technológiák velejárója 5. A lezárt, rekultivált lerakót az egyes gátak felszínéhez hasonlóan növénytakaróval borítják (lásd a képet alább), így az jól illeszkedik a tájba. 4 Energiagazdálkodási Intézet; Wenzel G. Béla, Dr. Csáki Ferencné: Erőművi Zagyterek Környezeti Hatásainak Vizsgálata, 1992, Budapest. 5 Energiagazdálkodási Intézet; Dr. Vámos György, Dr. Sz. Tóth György, Dr. Csáki Ferencné: A Pécsi Hőerőmű Vállalatnál tervezett sűrűzagy depónia környezeti hatásainak vizsgálata; 1990, Budapest.

7 Használatban lévő sűrűzagy depónia a Mátrai Erőműben A lerakó környezetvédelmi engedélyezése nemzeti illetve nemzetközi szabályozásokhoz kötött. A sűrűzagy rendszer által előállított szilárd zagy eddig minden esetben teljesítette azokat a kívánalmakat, amiket az illetékes hatóságok a rendszer üzemeltetésének feltételeként megszabtak, legyen szó Európáról vagy az Egyesült Államokról. IRÁNYÍTÁSTECHNIKA A sűrűzagy rendszer az erőművi technológia egy eleme. Amennyiben az információk gyűjtése, illetve a rendszermonitoring egy közös vezénylőben történik, úgy a sűrűzagy rendszerről érkező szükséges információ adatbusz rendszeren keresztül érkezik a vezénylőbe. Amennyiben minden információt elosztva jegyeznek és kontrollálnak, úgy a sűrűzagy rendszer külön vezénylő egységgel is ellátható, amiben operátor konzol és adatgyűjtő van. A sűrűzagy rendszer esetében folyamatosan figyelt paraméterek a sűrűség, a hőmérséklet és az áramlási sebesség. A sűrűzagy rendszer egy erőművi segédberendezés, ami ennek megfelelően önállóan, állandó felügyelet nélküli üzemelésre is képes. KÍSÉRLETI MINI-MIXER Minden egyes sűrűzagy rendszer különböző. A kialakított rendszer minden esetben a felhasználó igényeihez, a tüzelési maradékok mennyiségéhez, és a bekeverni szándékozott anyagok minőségéhez igazított. A sűrűzagy rendszer széleskörű alkalmazhatóságának demonstrálására GEA-EGI Zrt. kifejlesztett egy kísérleti minimixert; egy olyan kisméretű keverő rendszert, amely a világ minden tájára

8 elszállítható demonstrációs kísérleti keverések elvégzésére és az üzemszerű működés szimulálására. A kísérleti mini-mixer elfér egy konténerben A kísérleti mini-mixer az igazi rendszerhez hasonlóan a pernye mellett salak és gipsz bekeverésének, illetve hulladékvizek használatának demonstrálására is képes. Az általa előállított sűrűzagy keverék minták alkalmasak különböző környezetvédelmi vizsgálatok elvégzésére, a rendszer által előállított szilárd végtermék tulajdonságainak elemzésére. A mini-mixer alkalmas tehát a Vevő igényeinek megfelelő rendszer teljes körű szimulálására. GEA-EGI ENERGIAGAZDÁLKODÁSI ZRT. A sűrűzagy technológia alapját képző keverő berendezés egy szabadalom alatt álló magyar találmány, amit a 90-es évektől folyamatosan fejlesztenek és tökéletesítenek. A technológia 15 éves üzemeltetési tapasztalattal rendelkezik; az első rendszert 1998-ban helyezték üzembe a Mátrai Erőműben, s ez azóta is problémamentesen üzemel. A szabadalom tulajdonosa és forgalmazója a GEA-EGI Energiagazdálkodási Zrt. EGI a német tulajdonú GEA Csoport, egy nagy élelmiszer és energiaipari rendszereket forgalmazó, főt foglalkoztató, 2012-ben 5,7 milliárd eurós bevételű vállalatcsoport tagja. A sűrűzagy technológia mellett az EGI által szállított másik legfontosabb technológia a Heller-féle száraz hűtőtorony, így lehetséges az, hogy GEÁ-n belül a vállalat a Hőcserélő szegmensben foglal helyet. A Heller-féle hűtőtornyon és a sűrűzagy technológián kívül EGI egyéb BoP típusú feladatok elvégzését is vállalja; ilyen többek között távfűtési rendszerek tervezését és kivitelezését, illetve folyamatautomatizálást.

9 1948-as alapítása óta EGI számtalan nemzetközi és hazai energetikai piacon szerzett tapasztalatot. Az általa szállított fejlett technológia és magas mérnöki kultúra a világ minden táján büszkén megállja helyét. HIVATKOZÁSOK [1] International Energy Agency: CO 2 Emissions From Fuel Combustion, Highlights, 2012, 7. old.; [2] Veszprémi Egyetem, Mérnöki Kar, Folyamatirányítás Tanszék: Preparation of High Concentration Ash Slurry Disposal at Eesti Power Plant; 2005, Veszprém. [3] BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék: Sűrűzagy Keverő Áramlástechnikai Vizsgálata; 2010, Budapest. [4] Energiagazdálkodási Intézet; Wenzel G. Béla, Dr. Csáki Ferencné: Erőművi Zagyterek Környezeti Hatásainak Vizsgálata; 1992, Budapest. [5] Energiagazdálkodási Intézet; Dr. Vámos György, Dr. Sz. Tóth György, Dr. Csáki Ferencné: A Pécsi Hőerőmű Vállalatnál Tervezett Sűrűzagy Depónia Környezeti Hatásainak Vizsgálata; 1990, Budapest.

10 Environmental protection with Dense Slurry System Lili Kránitz 1, Géza Walter 2 ( 1 MSc. in Regional and Environmental Management, 2 PhD. in Mech Eng. / Combustion Technologies) GEA-EGI Contracting/Engineering Co. Ltd, Budapest, Irinyi J. str. 4-20, Hungary, 1117 KEYWORDS: ash handling, FGD products, ettringite formation, hydraulic conductivity, leach performance INTRODUCTION Operation of thermal power stations always involves some kind of environmental pollution. it s the money we pay for the commodity and welfare of our modern society. It is, however, of high importance to reduce this negative impact to the smallest necessary level and to eliminate as many risk factors as possible. No matter what we do the world still mostly runs on power gained from coal combustion. Currently, coal is the resource that is used to satisfy the ever-growing energy demand of developing countries (think of China and India) with energyintensive industrial activity and large available coal reserves 1. This poses significant stress on the global environment primarily in the form of CO 2 emissions but several harmful impacts on the local environment, too. Carbon dioxide and nitric oxides are, for instance, harmful to the ozone layer, carbon monoxide is a hazardous gas, sulfuric oxides cause acid rains and solid particles often carry heavy metals that pollute the vegetation and the natural water resources. Various technologies were developed and introduced in order to minimize these unfavorable effects. Carbon dioxide can be reduced by increasing the plant efficiency, DENOX and DESOX technologies are applied in order to remove harmful pollutants from the flue gases, more efficient fly ash or dust precipitators are introduced and, finally, more effective ash processing is adopted for environmentally friendly disposal of firing residues. Firing residues accumulate at various points of the firing system. The quantity and composition of these residues are basically determined by the coal and ash quality and by the applied firing technology. Bottom ash or bed ash may exceed 20 percent of residues. About 80 percent of firing residues is collected as fly ash, mostly in the precipitator. Desulfurization is another operational issue of high importance. The removal of sulfur oxides from the flue gas generates additional by-products such as 1 International Energy Agency: CO 2 Emissions From Fuel Combustion, Highlights,

11 gypsum that in many cases is simply landfilled. The amount of the by-products from the desulfurization process generally does not exceed 20 percent of the fly ash. Several ash-handling technologies exist for the final disposal of the firing residues. Dry disposal systems involve fugitive dusting on surface while wet or lean systems suffer from dissolution into local surface or ground waters not to mention the risk of spill out in case of dam failures. The Dense Slurry System is a distinct ash-handling technology that is based on the intensive mixing of coal combustion residues and water. It is capable of handling all these solid and liquid residues in one mixing system. It provides an environmentally sound collecting, processing and disposal method with a final product that meets all quality standards. ASH STONE FORMATION Several components of ash tend to form solid mineral phases in presence of water. This transformation consists of a reaction between the so called pozzolanic materials (siliceous or aluminous) and the calcium hydroxide. Calcium hydroxide deteriorates while indissoluble synthetic calcium silicate and poorly soluble calcium aluminum sulfate (calcite, CaCO3) is formed (this is the so called ettringite formation). The chemical reaction itself is a longer process therefore the water intake is performed gradually over a longer period of time 2. On the left: Scanning electron microscopy image of fracture surfaces of hardened cement paste, showing plates of calcium hydroxide and needles of ettringite; on the right: Scanning electron microscopy image of ash showing an aluminosilicate sphere with precipitated Ca-rich phase These reactions can happen spontaneously, no additives are needed to start the reaction. The process, however, is influenced by several conditions like the presence 2 Veszprem University, Engineering Faculty, Dept. Of Silicate and Process Engineering: Preparation of High Concentration Ash Slurry Disposal at Eesti Power Plant

12 of several components, water alkalinity, size distribution and the quality of mixing. The final material is a solid, cement-like product that is physically stable and has high compressive strength. The objective of the Dense Slurry technology is to ensure the possible best conditions for the ash transformations. This means first of all to focus on the optimum quantity of water. Sufficient amount of water is important for the reactions but also ensures that the mixture shall be easily pumpable. Second of all intensive mixing is needed to generate homogenous slurry. As a solution hydrodynamic mixing is applied without the use of any paddles or mechanical agitators, and then the slurry is transported by pumps through pipelines with turbulent flow 3. THE MIXING PROCESS The core component of the Dense Slurry technology is the Mixer. The role of the Dense Slurry mixer is to receive the fly ash, mix it with the necessary make-up water to produce homogenous dense slurry with 0.8:1 to 1.2:1 water-to-solid ratio on weight basis to be discharged to the ash disposal area by the dense slurry transport pumps. In addition to fly ash other solid residuals may be mixed in the slurry such as coarse ash from the economizer and air heaters, bottom or bed ash from the furnace with particle size of mm (3/4-1 ), or gypsum from the FGD scrubber. Waste waters can also be utilized as make-up water in the system. Two mixers ready to be installed 3 BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék: Sűrűzagy Keverő Áramlástechnikai Vizsgálata, 2010, Budapest.

13 Each Dense Slurry mixer consists of: - a pre-mixer head which receives dry fly-ash and other optional dry input material streams to produce premix slurry by mixing these with the recirculated slurry from the retention tank and with the necessary make-up water; - a retention tank or mixing tank, which receives the wet input material (bottomash, coarse ash and gypsum slurry) streams and mixes them with the premix slurry from the pre-mixer head; it also provides ample residence time for homogenization; - two recirculation lines with pumps (head and mixer tank slurry recirculation) which ensure the hydrodynamic agitation and thus the proper mixing and homogenization of the slurry to produce dense slurry of the required quality; - auxiliary equipment that are necessary for the proper dosing, feeding and discharge of the input and output material streams in order to achieve proper control of dense slurry quality. The quantity and quality of the dense slurry is checked and controlled by an installed slurry density metering system. Based on the metered slurry density, the input stream of fly-ash is controlled via rotary dosing feeders on the input lines, in order to maintain an adequate and constant density of the discharged dense slurry stream. The level of slurry within the mixer retention tank is also monitored and maintained by adjusting the make-up water flow. The entire DS mixer system is equipped with adequate flushing devices and drains that prevent the formation of blockages in the system in case of any outages. MATERIALS FORMING THE DENSE SLURRY Fly ash: The fly ash must be collected in dry form. Dry pneumatic fly ash conveying system to transport fly ash into storage silo(s) is recommended. The purpose of the silo(s) is to provide buffer capacity in emergency situations. Fly ash is generally classified as fine and coarse ash. It may happen that separate collection of the two types for quality classification is required. The mixer can be easily integrated even when two separate collection systems are in place. Make-up water: Make-up water shall be continuously available within the specified pressure range to be used by the Dense Slurry process in order to ensure the appropriate solid water ratio in the mixture. The make-up water can be fed from the process water system or from practically any plant waste water sources such as FGD waste water, wet cooling tower blow-down or thickener overflow streams. Bottom ash: The bottom / bed ash can be collected by any of the usual methods: Wet: Bottom / bed ash, as wet granulate may be removed from under the boiler with water filled ash scraper / drag chain conveyor / jet ejectors / etc.

14 Dry: Bottom / bed ash may be removed from under the furnace by an air cooled belt conveyor system that allows proper after burning and cooling of the BA particles, with less radiative heat losses of the furnace. Bottom ash is reclaimed from the furnace as a mostly amorphous and glassy material that is then crushed to less than mm particle size. The particles do not contain soluble compounds and are, usually, transported as lean ash water slurry, in case of wet BA handling. Due to the use of too much water in such systems DSS requires that an additional facility needs to be applied in order to reduce water content up to 1:3-1:5. For this purpose GEA recommends that a thickener is used. The thickened bottom ash slurry can be fed into the mixer. Bottom-ash thickener is in the product portfolio of GEA. Depending on the distance between these bottom-ash silos and the mixers the bottom ash can either be transported in dry form or as bottom-ash slurry with 1:3-1:5 ash to water ratio. FGD gypsum: Various techniques are used for removing sulfuric oxides from flue gases. One solution is the recirculating fluidized bed firing where pulverized limestone is introduced already in the furnace in order to capture sulfuric oxides. Excess limestone and calcium sulfite are removed with the bed ash. The most widely applied technology is, however, the wet scrubbing where hazardous gaseous pollutants are removed by injected limestone and water slurry. The product is gypsum with 10 to 15 per cent water content. Another by-product is the heavily polluted waste water that is blown down from the scrubber. The quantity and quality of gypsum and waste water primarily depends on the sulfur content of coal. Waste water for make-up purposes: Other waste waters such as FGD waste water, wet cooling tower blow-down can be used as make-up water although certain limitations may apply. TRANSPORTATION OF DENSE SLURRY Dense slurry is a thick suspension of fly ash and water that has higher density and viscosity than water has. This means that much higher pump heads are required for transportation in pipelines than with clean water. The bigger bottom ash or bed ash particles may be suspended in the fly ash slurry. In order to prevent settling of solid particles and blockage of pipelines, flow velocity may not decrease below a limit value of about 1.2 to 1.5 m/s. In case the dense slurry plant is shut down its vessels and pipelines shall be flushed with clean water. Variable speed centrifugal pumps or piston, piston diaphragm pumps are used for transportation. For power plant to landfill distances over 4 km piston pumps or hydrohoist can be used.

15 The DS transport and distribution pipelines are of simple carbon steel pipes sized to allow sufficient transport velocity to avoid settling of the slurry and maintain turbulent flow. The pipeline starts downstream of the DS distance transport pump. Discharge flange can be isolated by remote actuated shut-off valves. The pipeline is equipped with the necessary drains. The pipeline is constructed of sections according to the terrain topology. Each section can be separately drained to empty the line after flushing to avoid freezing, for example. The optimum density of the DSS allows using pipes and valves of low pressure ratings. The pressure rating of the pipeline components is in accordance with the maximum allowable head of the pump train. As an example, the pressure rating is 40 bar if the discharge distance is around 6 8 kms (ca. 4 5 miles) and the geodetic elevation is not too much. ENVIRONMENTAL ADVANTAGES OF THE FINAL PRODUCT The consistency and quality of the discharged dense slurry as end-product represents best the principal advantage of the Dense Slurry System. The effective homogenous mixing favors chemical reactions in the dense slurry which has important positive impact on the final quality of the settled deposited slurry 4. The technology involves insignificant amount of return water. Consequently, the water usage and water pumping demand is as low as possible resulting in compatible operation costs. Leach performance is significantly lower than in other technologies. The solidified material shows no significant dissolution while all hazardous elements are firmly bound in the final product that generally meets quality standards. Homogenous dense slurry deposits have the achievable highest compressive strength and lowest hydraulic conductivity among the competing technologies, if the same feedstock materials are considered. As a consequence, the disposal site is characterized by dry, solid surfaces with no fugitive dust, low leachate rates with authority accepted leachate quality, easy maintenance and operation. 4 Energiagazdálkodási Intézet; Wenzel G. Béla, Dr. Csáki Ferencné: Erőművi Zagyterek Környezeti Hatásainak Vizsgálata, 1992, Budapest.

16 Dense Slurry System in operation at Mátra Power Plant High compressive strength results in more economical filling-up; over the years, the ashfield can be filled up cell by cell of approximately 3-4 meters each level, forming a pyramid 5. At least 70% of material of the additional dykes can be the settled coal combustion residue (CCR) deposit itself. Since no fugitive dusting occurs on surface, no specific sprinkler wetting system is needed. The closed down and rehabilitated ash field can nicely fit in the environment. The licensing of disposal area is subject to local and international regulations and requirements. The solidified slurry produced by GEA EGI's DS system has always met the requirements and the authorities approved the operation of the dense slurry system in the EU as well as in the USA. CONTROL SYSTEM The Dense Slurry System is a part of the power station technology. In the case all information is collected in a central control room for processing, the required data are transmitted via the data bus system. If the distributed control philosophy is adopted, the dense slurry plant is equipped with its own control room where operator consoles and data loggers are placed. There are up to 100 pumps, valves, motors, etc. in a typical plant supervised by a programmable computer. Fluid density, temperature and flow velocity are the main controlled parameters. The dense slurry mixer is an auxiliary facility in the power station that is capable to operate without continuous supervision. 5 Energiagazdálkodási Intézet; Dr. Vámos György, Dr. Sz. Tóth György, Dr. Csáki Ferencné: A Pécsi Hőerőmű Vállalatnál tervezett sűrűzagy depónia környezeti hatásainak vizsgálata; 1990, Budapest.

17 PILOT MOBILE PLANT All Dense Slurry Systems are tailor-made and adapted for each Customer on the basis of the actual coal properties, ash quantity and composition. In order to be able to demonstrate the efficiency of the technology under various conditions GEA EGI has developed a Pilot Mobile Plant, a pilot scale copy of the core system that can be shipped and operated all around the world. This enables us to demonstrate the technology process and simulate real-operation conditions. The pilot mobile mixer fits in a container In addition, other coal combustion residues, as bottom ash, coarse ash and gypsum slurry can be added while waste waters as FGD water or boiler blow-down water can be used for make-up purposes. It is also suitable for the production of samples for further environmental investigations and different slurry property measurements. This ensures the demonstration of the workability of the Dense Slurry System under any conditions given by the Client. GEA EGI CO. LTD. The essence of the technology, the mixer is a Hungarian patent that is continuously developed from the 90 s. It has over a decade of operational experience since 1998 when it was installed in Mátra Power Plant. The owner and distributor of the Dense Slurry Technology is GEA EGI Co. Ltd. EGI is a member of GEA Group, a large system provider for food and energy processes with over employees and EUR 5.7 billion revenues in Since one of the product lines of EGI is the Heller type dry cooling tower, the company is situated in the Heat Exchangers segment within the GEA Group. Besides DSS and Heller type cooling towers EGI provides BoP systems of other kind such as district heating and process automation.

18 Since 1948 when EGI was founded the company has gained great experience in the national and international power industry. The technologies in use are mature, welldeveloped systems ready to serve their Clients over the world. REFERENCES [1] International Energy Agency: CO 2 Emissions From Fuel Combustion, Highlights, 2012, p. 7.; [2] Veszprem University, Engineering Faculty, Dept. Of Silicate and Process Engineering: Preparation of High Concentration Ash Slurry Disposal at Eesti Power Plant; 2005, Veszprém. [3] BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék: Sűrűzagy Keverő Áramlástechnikai Vizsgálata; 2010, Budapest. [4] Energiagazdálkodási Intézet; Wenzel G. Béla, Dr. Csáki Ferencné: Erőművi Zagyterek Környezeti Hatásainak Vizsgálata; 1992, Budapest. [5] Energiagazdálkodási Intézet; Dr. Vámos György, Dr. Sz. Tóth György, Dr. Csáki Ferencné: A Pécsi Hőerőmű Vállalatnál Tervezett Sűrűzagy Depónia Környezeti Hatásainak Vizsgálata; 1990, Budapest.

19 ertm A Vezetéknélküli Sínhőmérséklet Monitorozó Rendszer PECHAN IMRE, SZEPESSY ZSOLT evopro Innovation Kft. Budapest, Hauszmann Alajos u. 2, Magyarország, H-1116 ÖSSZEFOGLALÁS A sínhőmérséklet folyamatos monitorozása jelentősen javíthatja a vasúti közlekedésbiztonságot. A sín mentén több pontban történő hőmérsékletmérés megvalósítható vezetéknélküli szenzorhálózat alkalmazásával. Az ertm az evopro Innovation Kft. által fejlesztett vezetéknélküli sínhőmérséklet monitorozó rendszer, mely a sínre szerelt szenzormodulokból, egy központi adatgyűjtő gateway egységből, egy adatbázisszerverből és kliens alkalmazásokból áll. A pilot rendszer nagyjából egy évig üzemelt a Magyar Államvasutak egy pályaszakaszán Tatabánya közelében. 1. Motiváció Manapság egyre nagyobb igény mutatkozik a vasúti közlekedés biztonságának és minőségének növelésére az ipari méréstechnika, a beágyazott informatika és a telekommunikációs technológiák legújabb vívmányainak alkalmazásával. A hőmérséklet a vasúti sín egy fontos paramétere, melynek folyamatos mérésére vagy becslésére közlekedésbiztonsági célból van szükség. A mai modern vasúti pályák javarészt hézagnélküli vágányok, melyek karbantartása lényegesen olcsóbb, mint a régebbi, hagyományos felépítményű, a sínvégek közt hézagokkal rendelkező pályáké. A hézagnélküli vágányoknál a sínszálak akár több kilométeres hosszúságban össze vannak heggesztve. A sínszál hosszirányú és laterális stabilitását az aljak, a sínleerősítés és az ágyazat biztosítják. Azt a hőmérsékletet, amely mellett a hézagnélküli vágány egy szakaszában ébredő feszültség éppen nulla, semleges hőmérsékletnek nevezik. Ennek értéke általában nagyjából 25 C. Amennyiben a sínszál tényleges hőmérséklete ezen értéknél magasabb vagy alacsonyabb, abban nyomóilletve húzófeszültség keletkezik, ami szélsőséges esetben akár a sín deformálódásához, kivetődéséhez vezethet [1]. Az esetleges sínkivetődés elkerülése érdekében sebességkorlátozás bevezetése válhat szükségessé a pályán az aktuális sínhőmérséklet függvényében. A gyakorlatban ugyanakkor a sínhőmérséklet követése gyakran csak ad hoc mérésekkel, vagy a várható időjárási körülményeken alapuló becslésekkel történik meg. A sínhőmérséklet folyamatos monitorozása megalapozottabb döntések meghozására adna lehetőséget a sebességkorlátozások esetleges bevezetésekor. Egy valósidejű sínhőmérséklet monitorozó rendszer összességében számos előnnyel és alkalmazási lehetőséggel járhat, mint például: - a közlekedésbiztonság növelése, illetve a vasúti infrastruktúra védelme a sínkivetődések és esetleges járműkisiklások megelőzésével

20 - az alkalmazandó sebességkorlátozások időtartama és geográfiai kiterjedése pontosabban megválasztható, így elkerülhetők a felesleges korlátozások, ami javítja a vasúti szolgáltatás minőségét - téli időszakban a váltófűtés vezérlésének támogatása vagy teljes automatizálása energiamegtakarítási célokból - a hőmérséklet-ingadozással összefüggő pályaproblémák detektálása, előrejelzése, a karbantartások ütemezésének támogatása - a meglévő pályaszakaszok egyedi mikroklímájának feltérképezése, ami különösen hasznos lehet hidak, alagutak és egyéb műtárgyak közelében Jelen cikk elsődleges célja az ertm rendszer bemutatása. Az ertm egy vezetéknélküli, valósidejű sínhőmérséklet monitorozó rendszer, melyet az evopro Innovation Kft. fejlesztett ki, a fent említett célokból. 2. Elméleti háttér 2.1 A sín termikus modellje Amint arról már szó volt, a hőmérséklet mérés jelen fő célja a veszélyes mértékű, síndeformációt okozó hőmérsékleti értékek észlelése. A valóságban a sínen belül a hőmérséklet nem állandó, függ mindhárom térbeli koordinátától és persze az időtől is. Ésszerű egyszerűsítés ugyanakkor a sínhőmérsékletet állandónak tekinteni a sín egy adott keresztmetszetében. Ezen modell esetén a független változók a sín menti lineáris pozíció (x) és az idő (t), a függő változó pedig a hőmérséklet (T): T = f(x, t). (1) A vasúti sín egy dinamikus termikus rendszernek tekinthető (1. ábra), amely hősugárzással, hővezetéssel és konvekcióval hőmennyiséget vesz fel, illetve ad le környezetének az aktuális időjárási körülményeknek megfelelően. A hősugárzással megvalósuló hőcserét elsősorban a napsugárzás és a felhőzöttség mértéke határozza meg. A konvekció a levegő hőmérsékletétől, a páratartalomtól és a szélerősségtől függ. A hővezetés a sínszakasz mentén a különböző környezeti adottságok miatt kialakuló hőmérsékletkülönbségtől függően változik. Eközben a síndarab energiatároló képességét az öntvény hőkapacitása jellemzi. Amennyiben valamennyi tér- és időfüggő környezeti paraméter (peremfeltételek), továbbá a sín hőmérsékletének kezdeti hősugárzás visszaverődés konvekció hősugárzás hővezetés hőkapacitás hővezetés x [m] 1. ábra: Termikus modell