Výzkum možnosti aplikace technologie SNCR pro denitrifikaci kotle K4 v Elektrárně Opatovice

Abstract

Disertační práce je zaměřena na dosažení emisního limitu oxidů dusíku u vytipovaného energetického zařízení. Snižování emisí a zvyšování účinnosti energetických zdrojů je jedním z cílů environmentální politiky České republiky. V nejbližším časovém období bude na základě „Národního programu snižování emisí“ kladen důraz především na snižování emisí oxidů dusíků (NOx), kdy provozovatelé velké energetiky budou muset postupně do roku 2016 dosáhnout emisních limitů méně než 200 mg•mN-3.

Úvod disertační práce je zaměřen na problematiku emisí a životního prostředí v Evropě a v České republice v současné době i v letech minulých. Jelikož se práce zabývá snižováním emisí oxidů dusíku a dosahováním budoucího emisního limitu u velkých energetických zařízení, další kapitoly jsou věnovány charakteristice a popisu vzniku emisí NOx při spalování fosilních paliv v elektrárnách. Na teoretický rozbor oxidů dusíku navazují kapitoly, popisující snižování těchto škodlivin ve spalinách a kouřových plynech – jedná se o primární metody snižování noxů, kdy jde o technologii zamezující vznik NOx již v průběhu spalovacího procesu přímo ve spalovací komoře kotle a sekundární metody snižování emisí noxů, které spočívají v chemickém odstranění již vzniklých noxů ze spalin.

Pro dosažení budoucího emisního limitu NOx byla jako nejvhodnější metoda vyhodnocena selektivní nekatalytická redukce (SNCR), jejichž principu, účinnosti a podrobnému popisu jednotlivých komponentů je věnována další část disertační práce.

Experimentální část zahrnuje detailní popis rozsáhlého testu technologie SNCR na vhodném vytipovaném energetickém zařízení při třech různých výkonových režimech. Vytipovaným zařízením byl kotel K4 v elektrárně Opatovice s Kramerovým ohniště a přímým foukáním uhelného prášku do spalovací komory, jehož konstrukce i jednotlivé úpravy jsou detailně popsány v několika kapitolách. Během testu technologie SNCR se do spalovací komory kotle vstřikoval roztok močoviny, měnily se instalace trysek a průtok močoviny jednotlivými tryskami, kontinuálně se zaznamenávaly koncentrace plynných emisí NOx, CO a HN3 a určoval se stupeň redukce NOx.

V závěru práce bylo provedeno zhodnocení rozsáhlých testů technologie SNCR na kotli K4 a to nejen s ohledem na stupeň redukce NOx, ale také se věnovala velká pozornost nárůstu čpavkového skluzu a nárůstu emisí CO. Po provedení testovací zkoušky SNCR se také stanovovalo množství amonných iontů v odsiřovacím zařízení a vyhodnocovaly se nejvhodnější režimy technologie SNCR pro každý výkon kotle.

Dissertation is focused on achieving the emission limit for nitrogen oxides by a selected power equipment. Reducing emissions and increasing energy efficiency is one of the objectives of environmental policy in the Czech Republic. In the coming period will be based on the "National Programme for emission reductions" focus primarily on reducing emissions of nitrogen oxides (NOx), the major energy operators will need to gradually achieve the 2016 emission levels less than 200 mg /mN3.

The Introduction of dissertation is focused on emissions and the environment in Europe and in the Czech Republic now and in years past. This work deals with reducing emissions of nitrogen oxides and achieving future emission limits for large energy facilities. The first chapters are devoted to the characterization and description of NOx emissions from burning fossil fuels in power plants. The theoretical analysis of oxides of nitrogen are followed by chapters describing the reduction of pollutants in exhaust gases and smoke – first way is the primary method of reducing of nitrogen oxides when that technology prevent the emergence of NOx during the combustion process within the boiler combustion chamber and next way is the secondary emission reduction methods, which lie in the chemical removal of already existing nitrogen oxides of gas.

To achieve the future NOx emission limit was evaluated as the most suitable method selective non-catalytic reduction (SNCR), the principle of effectiveness, efficiency, and a detailed description of each component is devoted in another parts of the dissertation. Experimental section includes a detailed description of the extensive testing SNCR technology at an appropriate energy-selected facility in three different power modes. For testing technology SNCR was selected a power plant boiler K4 Opatovice with Kramers fireplace and direct blowing coal powder into the combustion chamber, whose construction and various modifications are described in detail in several next chapters. During testing SNCR technology into the boiler combustion chamber was injected urea solution, the installation of nozzles and flows of urea were changed, concentrations of gaseous emissions of NOx, CO and HN3 were continuously recorded and the degree of NOx reduction was determinated.

In conclusion of work was carried out assessment of extensive testing SNCR technology at the boiler K4, not only with regard to the level of NOx reduction, but also with an attention to the increase of ammonia slip and the increase of CO emissions. After testing SNCR technology was fixed the amount of ammonium ions in the desulphurization facilities and evaluate the most appropriate modes of SNCR technology for each performance of the boiler.