Calculul Emisiilor Poluante ale Centralei Termoelectrice Turcenidoc

=== Calculul emisiilor poluante ale centralei termoelectrice Turceni ===

CAPITOLUL 4

Calculul emisiilor poluante ale centralei termoelectrice Turceni

4.1. Metodologia operativă de evaluare a emisiilor poluante ale centralelor termoelectrice

Metoda generala de calcul

Metoda de calcul se bazeaza pe consumul de combustibili si pe „factorii de emisie”.

Cantitatea de poluant evacuata in atmosfera (emisia) se determina cu formula:

E = B ∙ H i∙ e ,

in care:

E- cantitatea de poluant evacuata in atmosfera intr-o anumita perioada de timp[kg];

B- cantiatateade combustibil consumata in perioada respectiva[kg]

Hi- puterea calorifica inferioara a combustibilului[kj/kg]

e- factor de emisie[kg/kj].

Factorul de emisie(e) reprezinta cantitatea de poluant evacuata in atmosfera, raportata la unitatea de caldura introdusa odata cu combustibilul in cazan.

Pentru diversi poluanti, factorii de emisie de determina experimental si acestia depind de caracteristicile combustibililor folositi, de tipul constructiv al instalatiilor de ardere(cazane si instalatii anexe) si de puterea termica a acestora. Ei pot fi corectati de la an la an, in functie de schimbarea compozitiei chimice a combustibililor si a tehnologiilor de ardere.

Cantitatile de combustibil(B), precum si puterile calorifice aferente(H), introduse in formula(1), se vor determina pe loturi de combustibil, pe baza evidentei primare, pentru perioada de timp avuta in vedere.

Modele de calcul pentru factorii de emisie

Modelele de calcul au in vedere situatia actuala a centralelor termice si termoelectrice din Romania(procedee clasice de ardere a combustibililor si lipsa de epurare- de reducere- a emisiilor de SO2, NOx si CO2).

Pe masura introducerii si in tara noastra a procedeelor „primare” sau „secundare” de reducere a emisiilor gazoase, la calculul factorilor de emisie va trebui sa se tina seama si de eficienta(randamentul) acestora, asa cum se procedeaza acum si in cazul cenusii zburatoare, unde intervine randamentul instalatiilor de desprafuire.

Poluantul SO2

eso2 – reprezinta factorul de emisiepentru SO2[kg/kj];

mSO2 – masa moleculara a SO2 = 64;

mS – masa moleculara a S = 32.

S – continutul de sulf al combustibilului(sulful combustibil), determinat ca valoare medie, pe baza analizei chimice elementare pe loturi si exprimat in procente de masa(%);

Hi – puterea calorifica inferioara a combustibilului[kj/kg]

r – gradul de retinere a sulfului in zgura si cenusa.

Se recomanda urmatoarele valori pentru (r):

– lignit: 0,2

– huila: 0,05

– pacura si gaze: 0

Observatie. La calculele de prognoza se recomanda folosirea urmatoarelor valori pentru concentratiile de sulf in combustibil(S%):

– lignit: 1,15

– huile mixte si slam(inclusiv din import):2,15

– pacura din tara:1,0

– pacura din import: 3,0

Poluantul NOx

Pentru acest poluant se utilizeaza factorii de emisie din tabelul 4.1, rezultat din masuratori, la care s-a aplicat corectia de oxigen, cu mentiunea ca valorile respective sunt comparabile cu cele utilizate in tarile Comunitatii Economice Europene.

Tabelul 4.1

*) Se determina prin produsul dintre debitul de combustibil introdus in cazan [kg/s sau m3N/s] si puterea calorifica inferioara a combustibilului [MJ/kg sau MJ/m3/N].

Observatie. Valorile factorilor de emisie din tabelul 1 corespund pentru sarcina cazanului 100%. Pentru calculul corect al factorilor de emisie a NOx la sarcini partiale ale cazanelor, se aplica corectia cu formula (3) de mai jos:

exNOx – factorul de emisie la sarcina x;

e100NOx- factorul de emisie la sarcina de 100%

L- sarcina cazanului (cuprinsa intre 50 si 100%)

a- coeficient in functie de tipul combustibilului, cu urmatoarele valori:

0,85 pentru carbune pulverizat;

0,75 pentru pacura;

0,50 pentru gaze naturale.

Poluantul pulberi (cenusi zburatoare)

ep – factorul de emisie pentru pulberi [kg/kj];

continutul de cenusa in carbune[%]

x- gradul de retinere a cenusii in focar, in procente de masa[%]

y- eficienta(randamentul) instalatiei de retinere a cenusii zburatoare(electrofiltru, filtru mecanic etc.), [%]

Hi- puterea calorifica inferioara a combustibilului[kj/kg]

Observatie. La calcule de prognoza se recomanda folosirea urmatoarelor valori:

pentru continutul de cenusa in carbuni „A” (%) (lignit: 40 ; huila din tara: 30; huila din import :20) ;

pentru gradul de retinere in focar „x” (%) :15;

pentru randamentul electrofiltrului (%), pentru calcule :

0,97 – pana la finalizarea a cel putin 50% din programul de reabilitare;

0,99 – dupa finalizarea progranului de reabilitare.

Poluantul CO2

Factorii de emisie pentru CO2, adoptati in prezent in toate tarile Comunitatii Economice Europene, sunt redati in tabelul 4.2.

Tabelul 4. 2

Observatia 1. Valorile factorilor de emisie din tabelul 2 se pot folosi in calculele de prognoza

Observatia 2. Pentru calcule mai exacte poate fi folosita formula :

(6)

Unde:

eco2- factorul de emisie pentru CO2 [kg/kJ]

mCO2- masa moleculara a CO2 = 44

mC- masa moleculara a C=12

continutul de carbon al combustibilului, in procente de masa [%]

Hi- puterea calorifica a combustibilului [kJ/kg]

In cazul combustibililor utilizati in termocentralele RENEL , au rezultat urmatoarele valori medii (g/GJ) pentru factorii de emisie a CO2 [8]:

-lignit:109000

-huila:100000

Pacura: 81000

-gaze naturale: 59000.

Verificarea incadrarii in norme

Pornind de la formula generala de calcul , se poate calcula, pentru o anumita perioada de timp, concentratia poluantului in gazele evacuate „c” [mg/m3N], astfel:

Eh- cantitatea de poluant evacuata in atmosfera [kg/h];

debitul de gaze de ardere evacuate, rezultat din calculul arderii [m3N/h]

Valoarea astfel calculata se compara cu valoarea de referinta precizata in normele de limitare a emisiilor in vigoare.

La calculele de prognoza concentratia poluantilor „c”(mg/m3N) poate fi determinata cu relatia:

c=,

e- factorul de emisie [mg/GJ].

Fv- factorul de volum, definit ca raportul dintre volumul de gaze de ardere rezultate si cantitatea de caldura aferenta combustibilului introdus in cazan[m3N/GJ].

Se pot utiliza urmatoarele valori ale lui Fv:

– pentru lignit: 480;

– pentru huila 380;

– pentru pacura 290;

– pentru gaze naturale 320.

4.2. Calculul emisiilor de cenușă ale centralei

Factorul de emisie pentru poluantul cenușă se calculează cu relația:

A(1-x)(1-y)

e cenușă = ———— Kg/KJ

Hii

e cenușă – factorul de emisie pentru cenușă (Kg/KJ)

A – conținutul de cenușă în cărbune (%)

x – gradul de reținere a cenușii în focar ( 15% )

y – randamentul instalației de reținere a prafului (%)

Calculul emisiei de cenușă se efectuează pentru două cazuri:

– până la momentul la finalizării a cel putin 50% din programul de reabilitare a electrofiltrelor cazanelor;

– după finalizarea programului de reabilitare a electrofiltrelor cazanelor.

a) până la finalizarea a cel putin 50% din programul de reabilitare a electrofiltrelor, randamentul electrofiltrului este de 97 %

Se calculează factorul de emisie pentru poluantul cenușă:

0,399(1-0,15)(1-0,97)

e cenușă = ———————— = 9,4 · 10-7 Kg/KJ

10768,56

Emisia de praf de cenușă pentru un cazan grup se calculează cu relația:

E cenușă = B x Hi x e cenușă

E cenușă = 37,37 x 10768,56 x 9,4 x 10-7 = 0,337 Kg/s = 1213,2 Kg/h = 1,213 t/h

Emisia de pulberi a grupului energetic într-o zi va fi:

E cenușă cazan = 24 ore x 1,213 t/h = 29,112 t/zi

Emisia anuală de cenușă a unui grup energetic va fi:

E cenușă anual = 12 luni x 30 zile x 29,112 t/zi = 10480,3 t/an.

Concentrația cenușii în gazele de ardere evacuate la coșul de fum al cazanului va fi:

e cenușă 9,4 · 10-7 · 106

Cmi = —— = ————— = 195,8 mg/m3N

Fv 480 · 10-6

Emisia de cenușă a centralei în cazul funcționării cu 4 grupuri energetice:

– emisia zilnică a centralei :

E cenușă centrală = 4 cazane x 29,112 t/zi/cazan = 116,448 t/zi;

– emisia anuală a centralei se calculează :

E cenușă centrală = 12 luni x 30 zile x 116,448 t/zi = 41921,28 t/an.

b) după finalizarea programului de reabilitare a electrofiltrelor, randamentul electrofiltrului este de 99 %

Factorul de emisie pentru poluantul cenușă:

0,399(1-0,15)(1-0,99)

e cenușă = ———————— = 3,13 · 10-7 Kg/KJ

10768,56

Emisia de praf de cenușă pentru un grup se calculează cu relația:

E cenușă = B x Hi x e cenușă

E cenușă = 37,37 x 10768,56 x 3,13 x 10-7 = 0,112 Kg/s = 403,2 Kg/h = 0,403 t/h

Emisia de pulberi a grupului energetic într-o zi va fi:

E cenușă cazan = 24 ore x 0,403 t/h = 9,672 t/zi

Emisia anuală de cenușă a unui grup energetic va fi:

E cenușă anual = 12 luni x 30 zile x 9,672 t/zi = 3481,9 t/an.

Concentrația cenușii în gazele de ardere evacuate la coșul de fum al cazanului va fi:

e cenușă 3,13 · 10-7 · 106

Cmi = —— = ————— = 65,16 mg/m3N

Fv 480 · 10-6

Emisia de cenușă a centralei în cazul funcționării cu 4 grupuri energetice:

– emisia zilnică a centralei :

E cenușă centrală = 4 cazane x 9,672 t/zi/cazan = 38,69 t/zi;

– emisia anuală a centralei se calculează :

E cenușă centrală = 12 luni x 30 zile x 38,69 t/zi = 13928,4 t/an.

Prin modernizarea electrofiltrelor s-au redus atât emisiile de cenușă cât și concentrație cenușii în gazelle de ardere evacuate la coșul de fum al cazanului.

Tabelul 4.3

4.3. Calculul emisiilor de SO2 ale centralei

Factorul de emisie pentru poluantul SO2 se determină cu relația:

MSO2 S

—— · ——

MS 100

eSO2 = ————— (1-2) [Kg/KJ] în care:

Hi

eSO2 – factorul de emisie pentru SO2 (Kg/KJ);

MSO2 – masa moleculara a SO2 (Kg/mol);

Ms = masa atomica a sulfului ( Kg/mol );

Sc = conținutul de sulf în combustibil (%);

Hi = puterea calorifica inferioara a combustibilului ( KJ/Kg ).

64 1,7

—— · ——

32 100

eSO2 = ————— (1-0,2) Kg/KJ

10768,56

eSO2 = 2,52 · 10-6 Kg/KJ

Emisia de SO2 a unui grup energetic va fi:

ESO2 = B · Hi · eSO2

ESO2 = 37,37 · 10768,56 · 2,52 ·10-6 = 1,014 Kg/s = 3,6 t/h

Emisia de SO2 a unui grup energetic pentru :

o zi ESO2 cazan = 24 · 1,86 = 86,4 t/zi;

o lună ESO2 cazan = 30 · 86,4 = 2592 t/lună;

un an ESO2 cazan = 12 · 2592 = 31104 t/an.

Concentrația SO2 în gazele de ardere evacuate la coșul de fum va fi :

eSO2

Cmi SO2 = —— [m3N/kg ] unde:

Fv

Fv = factorul de volum (m3N/GJ ) = raportul dintre volumul total de gaze de ardere rezultate și cantitatea de căldură aferenta combustibilului introdus in cazan = 480;

e = factorul de emisie (mg/GJ ).

2,52 · 10-6 · 106

Cmi SO2 = —————— = 5250 mg /m3N

480 · 10-6

Emisia de SO2 a centralei în cazul în care funcționează patru grupuri energetice va fi:

ESO2 centrală = 4 · ESO2 cazan

Emisia de SO2 a centralei pentru :

o zi ESO2 centrală = 4 · 86,4 = 345,6 t/zi;

o lună ESO2 centrală = 30 ·345,6 = 10368 t/lună;

un an ESO2 centrală = 12 · 10368 = 124416 t/an.

Tabelul 4.4

4.4. Calculul emisiilor de NOx ale centralei

Calculul se face pentru cazul în care cazanul de abur funcționează la sarcina nominală. În cazul arderii lignitului, factorul de emisie pentru poluantul NOx, indicat de literatura de specialitate are valoarea:

NOx

e = 2,6 · 10-7 Kg/KJ

100

100 100

ENOx cazan = B · Hi · eNOx = 37,37 · 10768,56 · 2,6 · 10-7 = 0,104 Kg/s = 0,376 t/h

Emisia de NOx a unui grup energetic pentru :

100

o zi ENOx cazan = 24 · 0,376 = 9,024 t/zi;

100

– o lună ENOx cazan = 30 · 9,024 = 270,72 t/lună;

100

un an ENOx cazan = 12 · 270,72 = 3248,64 t/an.

Concentrația NOx în gazele evacuate la coș se determină cu relația:

100

eNOx

Cmi = —— [mg/m3N]

Fv

100 2,6 · 10-7 · 106

Cmi NOx = —————— = 541,7 mg /m3N

480 · 10-6

Emisia de NOx a centralei în cazul în care aceasta funcționează cu patru cazane va fi:

ENOx centrală = 4 · ENOx cazan t/an Emisia de NOx a centralei pentru :

100

o zi ENOx centrală = 4 · 9,024 = 36,1 t/zi;

100

o lună ENOx centrală = 30 · 36,1 = 1083 t/lună;

100

un an ENOx centrală = 12 · 1083 = 12996 t/an.

Tabelul 4.5.

În situația în care cazanul de abur funcționează la o sarcină medie de 75 % factorul de emisie se determină cu relația:

NOx NOx L-50

e = e [a + (1-a) ——] Kg/KJ

70 100 50

NOx

e = factorul de emisie la sarcina 75 % (Kg/KJ)

80

NOx

e = factorul de emisie la sarcina 100 % (Kg/KJ)

100

a – coeficientul pentru lignit = 0,50

L – sarcina de funcționare a cazanului

NOx NOx 75-50

e = e x [ 0,50 +(1 – 0,50) —— ] Kg/KJ

70 100 50

NOx

e = 1,95 · 10-7 Kg/KJ

70

ENOx cazan = B · Hi · eNOx = 37,37 · 10768,56 · 1,95 · 10-7 = 0,078 Kg/s = 0,282 t/h

Emisia de NOx a unui grup energetic pentru :

100

o zi ENOx cazan = 24 · 0,282 = 6,77 t/zi;

100

– o lună ENOx cazan = 30 · 6,77 = 203,1 t/lună;

100

un an ENOx cazan = 12 · 203,1 = 2437,2 t/an.

Concentrația NOx în gazele evacuate la coș se determină cu relația:

100

eNOx

Cmi = —— [mg/m3N]

Fv

100 1,95 · 10-7 · 106

Cmi NOx = —————— = 406,25 mg /m3N

480 · 10-6

Emisia de NOx a centralei în cazul în care aceasta funcționează cu patru cazane va fi:

ENOx centrală = 4 · ENOx cazan t/an

Emisia de NOx a centralei pentru :

100

o zi ENOx centrală = 4 · 6,77 = 27,08 t/zi;

100

o lună ENOx centrală = 30 · 27,08 = 812,4 t/lună;

100

un an ENOx centrală = 12 · 812,4 = 9748,8 t/an.

Tabelul 4.6.

4.5 Calculul emisiilor de CO2

Factorul de emisie pentru poluantul CO2 se determină cu relația:

MCO2 C

—— · ——

MC 100

eCO2 = ————— [Kg/KJ] în care:

Hi

eCO2 – factorul de emisie pentru CO2 (Kg/KJ);

MCO2 – masa moleculara a CO2 (Kg/mol);

MC- masa atomica a carbonului ( Kg/mol );

C – conținutul de carbon în combustibil (%);

Hi – puterea calorifica a combustibilului ( KJ/Kg ).

44 23,8

—— · ——

12 100

eCO2 = ————— Kg/KJ

10768,56

eCO2 = 8,1 · 10-5 Kg/KJ

Emisia de CO2 a cazanului de abur se calculează cu relația:

ECO2 cazan = B · Hi · eCO2

ECO2 cazan = 37,37 · 10768,56 · 8,1 ·10-5 = 32,61 Kg/s = 117,4 t/h

Se determină emisia de CO2 a unui grup energetic pentru :

o zi ECO2 cazan = 24 · 117,4 = 2817,6 t/zi;

o lună ECO2 cazan = 30 · 2817,6 = 84528 t/lună;

un an ECO2 cazan = 12 · 84528 = 1014336 t/an.

Se calculează concentrația CO2 în gazele de ardere evacuate la coș

eCO2

Cmi CO2 = —— [mg/m3N] în care:

Fv

eCO – factorul de emisie (mg/GJ ).

Fv – factorul de volum = 480;

8,1 · 10-5 · 106

Cmi CO2 = —————— = 16,87 mg /m3N

480 · 10-6

Emisia de CO2 a centralei în cazul în care funcționează 4 grupuri energetice va fi:

o zi ECO2 centrală = 4 · 2817,6 = 11270,4 t/zi;

o lună ECO2 centrală = 30 · 11270,4 = 338112 t/lună;

un an ECO2 centrală = 12 · 338112 = 4057344 t/an.

Tabelul 4.7