LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM 2.3 Füstgáztisztitás biomassza-tüzelésű erőmüvekben Tárgyszavak: biomassza-erőmű; füstgáztisztítás; mész-hidrát/égetett mész eljárás; nátrium-hidrogén-karbonátos eljárás. A biomassza-erőmüvek üzemeltetői biztosítani akarják a tüzelőanyagfajták széles spektrumának az eltüzelését, hogy alkalmazkodni tudjanak a tüzelőanyag-beszerzési lehetőségek változásaihoz. Felhasználják az I IV. jelű fahulladék osztályokat, amelyek a természetes zöldfától (I. osztály) a favédő szerekkel szennyezett fahulladékokig (pl. vasúti talpfák, IV. osztály) terjednek. Ide tartozik a fakéreg, az aprítási, gyalulási, forgácsolási fahulladék, fűrészpor, erdészeti faanyag és a papíripar fahulladékai. A károsanyag-tartalom ugrásszerű változása A különböző tüzelőanyagok nyers füstgázösszetétele eltérő. A szemétégető berendezésekkel ellentétben a biomassza-erőművekben a nyers füstgáz károsanyag-tartalma ugrásszerűen változik. A szemetet keverik és homogenizálják, a biomassza-berendezéseket nagy adagokkal táplálják, így előfordulhat, hogy a zöldfatüzelés után szennyezett fával tüzelnek. Ennek megfelelően kell a füstgáztisztítást végezni. A biomasszára jellemző füstgáz-összetételt az 1. táblázat ismerteti. A biomassza-erőművek gazdaságos füstgáztisztítási eljárása a száraz szorpció vagy a kondicionált száraz szorpció, amelyekben különböző szorbenseket alkalmaznak a káros anyagok leválasztására. A füstgáz-hőmérséklet és nedvességtartalom lényegesen befolyásolja a leválasztási hatásfokot, ezért egyes esetekben hűtik a füstgázt. Ez történhet elpárologtató hűtővel vagy az újabb eljárásoknál a fluid ágy recirkulát nedvesítésével vagy ezenkívül a füstgáz keverésével.
Biomassza-erőművek nyers füstgázának jellemző károsanyag-koncentrációi 1. táblázat Napi középérték Félórás középérték mg/m 3 mg/m 3 Por 2500 8000 HCl 250 600 HF 10 20 SO 2 250 800 Hg 0,15 0,3 NH 3 20 30 Mintavételi idő középértéke Σ nehézfémek mg/m 3 250 Cd + Tl mg/m 3 3 PCDD/F ng/m 3 3 Σ nehézfémek = Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni + V + Sn (m 3, száraz füstgáz) A nátrium-hidrogén-karbonátos eljárás és kondicionált száraz szorpció mész-hidráttal vagy égetett mésszel (NID-eljárás), különböző abszorbensekkel, abszorbens-előkészítéssel és adagolási móddal végzett eljárások körülményei a következők: Elektrofiltert és a por előleválasztására ciklont állítanak be. Amennyiben szükséges, az optimális füstgáz-hőmérsékletet és nedvességtartalmat a füstgáz vízzel történő kondicionálásával állítják be. A szűrő a füstgáztisztítás központi egysége, egyidejűleg reaktor és végleválasztó. A szorbens megfelelő tartózkodási idejét a füstgázban a szűrőtömlőkben képződő szűrőlepény biztosítja. A nehézfémek és dioxinok leválasztására az abszorbenshez kohókokszot adnak. A maradékot mechanikai vagy pneumatikus úton a maradék silóba szállítják. Eljárás nátrium-hidrogén-karbonát abszorbenssel Nátrium-hidrogén-karbonát felhasználásánál a kén-dioxid és hidrogénklorid abszorpciójával az abszorbens több reakciólépcsővel nátrium-szulfáttá és nátrium-kloriddá alakul. A finom porrá őrölt abszorbenst a szövetszűrő előtt
fújják be a nyers füstgáz vezetékébe, amelyben egy keverőberendezés egyenletesen elosztja a vezeték teljes keresztmetszetére. Mivel a nátrium-hidrogén-karbonát a szén-dioxid és víz felszabadulásával reagál és csak ebben az állapotban hatásos, recirkulációval csak nagyon kevés kiegészítő leválasztási hatás lenne elérhető, ezért nem alkalmazzák. A szerves káros anyagokat, dioxinokat, furánokat vagy bifenileket, valamint a nehézfémeket aktív szénnel vagy kohókoksszal adszorbeálják. A savas káros gázok 300 C alatti hőmérsékleten választhatók le. A szerves vegyületek és nehézfémek leválasztásánál a füstgáz hőmérsékletét 160 C alá kell csökkenteni. Eljárás mész-hidrát/égetett mész abszorbenssel A savas füstgázkomponenesek mész-hidráttal történő leválasztásához szükséges, hogy a károsanyag-tartalomnak megfelelő legyen a nyers füstgáz hőmérséklete és nedvességtartalma. Például a nagy és kis hidrogén-kloridtartalmú füstgáznál eltérőek a követelmények, és ezek szorosan összefüggenek a kén-dioxid-leválasztással. Ennek a megoldására az Alstrom vállalat szabályozást dolgozott ki és szabadalmaztatott a füstgáz nedvességtartalmára és a reakciótermék kloridtartalmára vonatkozóan. A berendezés füstgáz-követelményeinek megfelelő beállítását általában a füstgáz vízzel történő hűtésével biztosítják, amit elpárologtató hűtővel végezhetnek. A hűtésnél a hőmérséklet nem csökkenhet a kénsav harmatponja, 135 C alá. Az Alstrom vállalat NID-eljárásában a vizet a szorbenssel együtt adják a füstgázba, nincs szükség elpárologtató hűtőre és mindig beállítható az optimális hőmérséklet, nem áll fenn a kénsav harmatpont alá csökkenésének veszélye. A hidrogén-klorid (HCl) és kén-dioxid (SO 2 ) arányának ingadozása megfelelő szabályozással megoldható. A NID-eljárásban az égetett mész az abszorbens, amelyet por formában oltanak, ezután visszaadagolt reakciótermékkel kevernek és egyidejűleg nedvesítenek. Annyi vizet adagolnak, hogy a kb. 100 C reakcióhőmérséklet a füstgázban a víz elpárolgása után 150 C-ra emelkedjen. Ezáltal jelentős mennyiségű reakciótermék visszaadagolható. A jelentős mennyiségű visszaadagolt reakciótermék, a pontos szabályozás és az égetett mész alkalmazása a szorbensfelhasználás jelentős csökkentését eredményezi. A kémiai reakciók azonosak a mész-hidrát eljárással, mivel az égetett meszet a NID reaktorba történő adagolás előtt oltják. Az eljárások összehasonlítása Az eljárások folyamatábráit az 1. és 2. ábrák ismertetik. Az egyes eljárások teljesítménye eltérő.
zsákosszűrő elszívás maradéksiló 1. ábra Nátrium-hidrogén-karbonát eljárás folyamatábrája zsákosszűrő elszívás víz NID-reaktor maradéksiló nátriumkarbonát hidrogén- kohókoksz kohókoksz égetett mész 2. ábra Alstrom-NID eljárás folyamatábrája
A 2. táblázat ismerteti azokat a nyers füstgáz összetételi határértékeket, amelyek esetén az egyes eljárásokkal betarthatók a 17. BISchV (17. Szövetségi Immisszióvédelmi Rendelet) előírásai. 2. táblázat Különböző eljárások nyers füstgáz összetételére vonatkozó követelményei a 17. Szövetségi Immisszióvédelmi Rendelet tisztított gáz értékeinek biztosításához Kondicionált szárazszorpció mész-hidráttal (elpárologtató hütő) NID-eljárás égetett mésszel Abszorbens NaHCO 3 /kohókoksz Ca(OH) 2 /kohókoksz CaO/kohókoksz Nyers füstgáz HCl < 1000 mg/m 3 < 800 mg/m 3 < 2000 mg/m 3 SO 2 < 1000 mg/m 3 < 400 mg/m 3 < 2000 mg/m 3 HCl/SO 2 nincsen behatárolva > 0,9 nincsen behatárolva hőmérséklet < 160 C < 250 C < 250 C Szabályozás (m 3, száraz füstgáz) Nátrium-hidrogénkarbonát tisztítottgázszabályozás tisztítottgáz-szabályozás nedvesség- és kloridszabályozás A nátrium-hidrogén-karbonátos eljárással jó leválasztási hatásfok érhető el, de hátránya a nátrium-hidrogén-karbonát magas ára. A dioxinok és higany leválasztása miatt hűteni kell a füstgázt, ami a savas komponensek leválasztására nem szükséges. A finom por alakú nátrium-hidrogén-karbonát kedvezőtlen raktározhatósága miatt képződő durva frakciót a befúvás előtt őrölni kell. A kondicionált szárazszorpciós eljárás leválasztási hatásfoka csak korlátozott mértékben felel meg a biomassza-égetés követelményeinek. Korlátozott a nyers füstgáz károsanyag-tatalma és be kell tartani a megfelelő HCl/SO 2 arányt. Amennyiben ez az arány alacsony, akkor a leválasztás nem kielégítő. A NID-eljárás nem függ a HCl/SO 2 aránytól és a jelentős reakciótermékvisszaadagolás, valamint a kedvező szabályozás eredményeképpen a nyers füstgáz nagy károsanyag-koncentrációja esetén is alkalmazható. További előnye az égetett mész kedvező ára, a szorpciószer-felhasználás költsége kb. fele a szárazszorpciós, elpárologtató hűtéses eljárás költségének. A NID-eljárással, a kibocsátási határértékek betartásával működő, 2000- ben üzembe helyezett Biomassekraftwerk Wolfen müszaki adatai a következők:
Tüzelőanyag: Fahulladék I-IV osztály és egyéb Felhasználás: kb.16 t/óra Térfogatáram: 100 000 m 3 /óra, nedves füstgáz Gazdaságosság A NID-eljárással működő, 20 MW teljesítményosztályba tartozó biomaszsza-erőműnél az alacsony szorbensfelhasználás eredményeképpen évi 130 000 180 000 EUR megtakarítás érhető el a mész-hidráttal és elpárologtató hűtővel működő erőműhöz viszonyítva, a beruházási költsége azonban 10 15%-kal több a szabályozórendszer költsége miatt. A nátrium-hidrogén-karbonátos eljárás évi üzemeltetési költsége 300 000 EUR-ral több, beruházási költsége 25%-kal kevesebb, mint a NID-eljárásé. Az eljárás kiválasztásánál az üzemeltetési és beruházási költségeken kívül figyelembe kell venni a keletkező füstgáz összetételi ingadozásának hatását a füstgáztisztításra. (Dr. Balázs Ádám) Notter, W.; Gottschalk, J.; Klitzke, O.: Rauchgas reinigen in Biomassekraftwerken. = Umwelt Magazin, 2002. 6. sz. p. 64 66. Oettel, E.: Stand der Biomassevergasung in Deutschland Forschungs- und Handlungsbedarf. = Erdöl Erdgas Kohle, 18. k. 9. sz. 2002. p. 413 416.