Metode moderne de filtrare a gazelor arse provenite din instalatiile mari de ardere Doctorand: Ing. Costache Andrei Coordonator: Prof.Dr.Ing. Amza… [601982]

Referat Stiintific

Metode moderne de filtrare a gazelor arse
provenite din instalatiile mari de ardere

Doctorand: [anonimizat]. Costache Andrei
Coordonator: Prof.Dr.Ing. Amza Gheorghe

2013

1

Cuprins

INRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 2
CAPITOLUL I : STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR PRIVIND POLUAREA ATMOSFEREI ………………………….. ….. 10
CAPITOLUL II : METODE DE DEPOLUARE A ATMOSFEREI ………………………….. ………………………….. ……………….. 14
1.Măsuri “primare” de reducere a noxelor de ardere. ………………………….. ………………………….. ……………….. 23
2.Măs uri “secundare”, bazate pe tehnologii de reținere a noxelor de ardere. ………………………….. …………… 32
3.Măs uri “terțiare” de reducere a efectelor noxelor solide de ardere ………………………….. ………………………. 45
Capitolul III: POLUAREA CU OXIZI DE SULF ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 52
1.GENERALITĂȚI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 52
1.1. DEZVOLTAR EA INDUSTRIALĂ ȘI SURSELE DE POLUARE A MEDIULUI ………………………….. ………………. 52
1.2. EFECTELE POLUĂRII CU OXIZI DE SULF ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 54
1.3. LEGISLAȚIA PRIVIND NORMELE DE EMISII DE NOXE ………………………….. ………………………….. ………… 54
2. ARDEREA COMBUSTIBILLILOR FOSILI. FORMAREA SO 2 ȘI SO 3 ………………………….. ………………………….. ….. 55
3. PROCEDEE DE REDUCERE A EMISIILOR DE SO 2 ………………………….. ………………………….. ………………………. 55
3.1. PRELUCRAREA COMBUSTIBILILOR PENTRU REDUCEREA CONȚIN UTLUI DE SULF ………………………….. 55
3.2. DESULFURAREA GAZELOR INDUSTRIALE: INSTALATII DE DESULFURARE A GAZELOR ……………………. 56
4. ASPECTE TEORETICE PRIVIND DESULFURAREA GAZELOR REZIDUALE ………………………….. …………………… 81
4.1. ASPECTE TEORETICE PRIVIND DESULFURAREA GAZELOR REZIDUALE PRIN ABSORBȚIE, LA
TEMPERATURĂ JOASĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 81
4.2. MODELUL MATEMATIC AL ABSORBȚIEI SO 2 ÎNTR -O SUSPENSIE DE Ca(OH) 2 ………………………….. ……. 81
CAPITOLUL IV: SUDIU DE CAZ 1: INSTALATIE DESULFURARE GAZE ARSE CET ROVINARI ………………………….. …. 85
CAPITOLUL V: STUDIU DE CAZ 2 – SISTEM FILTRARE GAZE FABRICA ALUMINIU ARDAL -NORVEGIA …………….. 104
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 104
Instalatia de filtrare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 106
A) Filtrul ciclon(reactorul) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 107
B) Filtrarea cu saci din material textil ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 109
C) Spalarea gazelor cu solutie de apa cu lesie ………………………….. ………………………….. ……………………… 112
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 117

2

INRODUCERE

Poluarea atmosferică implică emanarea de substanțe dăunătoare organismelor vii, în
atmosfera. Poluarea atmosferică poate afecta de asemenea ecosistemele acvatice și terestre dacă
poluanții se dizolvă în apă sau precipita sub formă de ploaie. Se estimează că poluarea
atmosferică contribuie anual la aproximativ 120.000 de decese numai în SUA,iar in fiecare an
dezvoltarea industriei generează miliarde de tone de materiale poluante .

Poluanții primari sunt acei poluanți atmosferici emanați direct în atmosferă, de exemplu
particulele de funingine, dioxidul de sulf și oxizii de azot.
Cu toate că un mare numar de astfel de chimicale contribuie la poluarea atmosferică, cele
mai multe dintre ele conțin carbon, sulf și azot. Combustia carbonului, a petrolului și a benzinei
este răspunzătoare pentru majoritatea poluanților atmosferici. Mai mult de 80% din dioxidul de
sulf, 50% din oxidul de azot, și intre 30 și 40% din materia poluantă em anată în atmosferă de
către SUA, sunt produse de combustibili fosili, centrale electrice, boilere industriale și furnale
reziduale. Alte materiale poluante pot avea sursă de emitere industria metalelor (fier, zinc,
plumb, cupru), rafinăriile petrolifere, u zinele de ciment și cele în care se obține acidul azotic și
acidul sulfuric. Aceste chimicale interactionează între ele dar și cu razele ultraviolete din razele
solare cu intensități periculoase.
Smogul se formează în areale urbane, în acele locuri în car e există un mare număr de
automobile,si poate cauza severe probleme medicale. Când dioxidul de sulf și oxidul azotos se
transformă în acid sulfuric și acid azotic în atmosferă, aceste substanțe precipită sub formă de
ploaie, așa numita ploaie acidă. Ploaia acidă este o gravă problemă globală pentru că foarte
puține specii sunt capabile să supraviețuiască în asemenea condiții.
Diferite tari au impus standarde in legislatie cu prvire la nivelele de concentratie ce se
cred a fi suficient de scazute pentru a p roteja sanatatea publica. Standardele privind sursele de
emisie au de asemenea specificate limitele de emisie a substantelor poluante in atmosfera astfel
incat standadele de calitate ale aerului sa fie atinse. Cu toate acestea insa, natura problemei
necesi ta implementarea tratatelor internationale ale mediului, si pana in acest moment 49 de
tari au aprobat in Martie 1985 conventia Natiunilor Unite cu privire la stratul de ozon.
“Protocolul de la Montreal”, asa cum a fost numita aceasta conventie renegociata in 1990 apela
la indepartarea anumitor clorocarburi si fluorocarburi pana la sfarsitul secolului si asigura
ajutor in vederea dezvoltarii tarilor in realizarea acestor tranzitii. In plus, mai multe tratate
internationale au fost semnate in scopul reduceri i incidentei ploii acide.
In Statele Unite, Actul Aerului Curat din 1967, asa cum a fost amendat in 1970, 1977 si 1990 este
baza legala a controlarii poluarii atmosferice. Agentia de Protectie a Mediului are ca
responsabilitate primara indeplinirea cereril or acestui act, care specifica sa se stabileasca
standarde privind calitatea aerului in cazul diferitelor substante.

Sectorul energetic este unul din marii poluatori din economie. Poluarea atmosferei de
către sistemul energetic are următoarele trei principale consecințe: poluarea la distanțe lungi,

3
degradarea calității aerului din cauza condițiilor precare de dispersie atmosferică și emisiile de
gaze cu efect de seră.

Din cauza combustibililor fosili (cărbune, gaz natural, păcură) utilizați de
Instalațiile Mari de Ardere (IMA) , sectorul energetic produce cea mai mare cantitate de emisii
de gaze cu efect de seră (bioxid de carbon), una dintre principalele cauze ale schimbărilor
climatice. IMA evacuează în atmosferă cantități semnificative de emisii poluante, circa 88% din
emisiile totale la nivel național de NOx, 90% din cele de SO2 și 72% din cantitatea de pulberi,
acestea fiind generate în procesul de ardere a combustibililor fosili în capacitățile de producere
a energiei electrice.

În vederea conformării cu prevederile Directivei 2001/80/CE și Directivei 2008/1/CE
IPPC cât și cu angajamentele luate în cadrul Protocolului de la Gothenburg, România trebuie să
realizeze, într -o perioadă relativ scurtă, investiții în obiective de mediu care implică resurse
financiare substanțiale pentru reducerea emisiilor de SO2, NOx și pulberi la IMA, prin realizarea
proiectelor pentru implementarea celor mai bune tehnici disponibile (BAT). Astfel, au fost
identificate ca necesare lucrări de investiții pentru mont area de instalații de desulfurare,
instalații de reducere a oxizilor de azot din gazele de ardere și de filtre.

Realizarea proiectelor de investiții menționate mai sus au ca efect principal reducerea
emisiilor de poluanți în aer și creșterea calității m ediului înconjurator prin diminuarea
fenomenelor de acidifiere, care afectează solurile, apele, fauna și flora și reducerea formării
ozonului, care are efecte adverse asupra sănătății umane și asupra ecosistemelor.

Studiile de Performanțe în domeniul Pr otecției Mediului (SPM) pentru țările în tranziție
au fost inițiate de către Miniștrii Mediului la Conferința a doua “Un Mediu pentru Europa” de la
Lucerna, Elveția, în 1993. Drept urmare, Comitetul pentru Politica de Mediu al Comisiei
Economice pentru Europa a ONU a hotărât să întreprindă asemenea Studii în mod regulat.

Zece ani mai târziu, la Conferința V Ministerială “Un Mediu pentru Europa” (Kiev, 2003),
Miniștrii au confirmat că programul SPM al CEE a ONU a dat posibilitatea să fie estimată
eficac itatea eforturilor țărilor cu economia în tranziție în gestionarea problemelor de mediu.
Programul SPM a oferit Guvernelor recomandări adaptate la condițiile țărilor respective, privind
îmbunătățirea managementului de mediu, în scopul reducerii poluării, a unei mai bune integrări
a cerințelor de mediu în politicile sectoriale și a întăririi cooperării cu comunitatea
internațională. Miniștrii și -au reafirmat susținerea pentru programul SPM, ca un instrument
important pentru țările cu economia în tranziție, ș i au hotărât ca programul să continue, cu un al
doilea ciclu de Studii de Performanțe. Această a doua evaluare, trecând în revistă progresele
obținute în perioada de după primul Studiu, pune un accent deosebit pe aspectele
implementării, integrării, finanț ării și interacțiunii dintre elementele socio -economice și cele de
mediu.

Procesul de evaluare mutuală, prin care sunt realizate SPM, promovează dialogul între
țările membre ale CEE a ONU, precum și armonizarea condițiilor și politicilor de mediu la nive l
regional. Studiile de Performanțe sunt întreprinse pe bază voluntară, doar în cazul unei solicitări
primite din partea țării respective.
Aproape o treime dintre locuitorii europeni din mediul urban sunt expusi unor
concentratii excesive de particule in suspensie in aer, avertizeaza Comisia Europeana. Calitatea
slaba a aerului poate cauza afectiuni cardiace, probleme respiratorii, cancer pulmonar,
dificultati de respiratie si alte boli. Unii poluanti pot conduce la eutrofizare, la reducerea

4
randamentului culturilor agricole, la diminuarea cresterii padurilor si au consecinte asupra
climei.
Din punctul de vedere al efectelor daunatoare asupra sanatatii umane, particulele sunt
unul dintre cei mai periculosi poluanti, reusind sa patrunda in unele zone sensibi le ale
sistemului respirator.
In ultimele decenii, UE a facut progrese in ceea ce priveste reducerea poluantilor
atmosferici aflati la originea acidificarii. Cu toate acestea, un nou raport, publicat ieri de Agentia
Europeana de Mediu (AEM), recunoaste ca numeroase regiuni din Europa continua sa fie
afectate de concentratia particulelor in atmosfera si de concentratia prea mare de ozon la
nivelul solului.
„Acest raport ne reaminteste, la momentul oportun, cat de importanta este calitatea
aerului pentru sana tatea cetatenilor nostri. Iata de ce doresc ca 2013 sa fie anul aerului si de ce
ma voi concentra pe consolidarea legislatiei noastre privind calitatea aerului pentru a aborda
problemele identificate astazi”, a declarat comisarul european pentru Mediu, Jan ez Potocnik.
Pe de alta parte, directorul executiv al Agentiei Europene de Mediu, profesorul Jacqueline
McGlade, a explicat ca „politica Uniunii Europene a redus emisiile multor poluanti in decursul
ultimului deceniu, dar putem face mai mult de atat. In mu lte tari, concentratiile de poluanti
atmosferici sunt inca superioare limitelor legale si recomandate, stabilite pentru a proteja
sanatatea cetatenilor europeni. De fapt, poluarea atmosferica reduce speranta de viata a
oamenilor cu aproximativ doi ani in c ele mai poluate orase si regiuni”.
Raportul pe 2012 al AEM privind calitatea aerului in Europa analizeaza expunerea
cetatenilor la poluantii atmosferici si ofera o imagine generala asupra calitatii aerului in Europa.
Raportul are rolul de a sprijini elabor area unor politici mai eficiente in favoarea aerului curat.
Particulele (PM) constituie cel mai grav risc sanitar legat de poluarea atmosferica din UE,
conducand la mortalitate prematura. Raportul Agentiei Europene de Mediu estimeaza ca, in
2010, 21% din p opulatia urbana a fost expusa la concentratii de PM10 superioare valorilor
limita zilnice cele mai stricte din UE, destinate sa protejeze sanatatea. Pana la 30% din populatia
urbana a fost expusa unor concentratii de particule mai fine PM2,5 – superioare v alorilor limita
anuale din UE (mai putin stricte).
Conform nivelurilor de referinta ale OMS, care sunt chiar mai stricte decat cele impuse de
legislatia UE, pana la 81% si respectiv 95% dintre locuitorii din mediul urban au fost expusi
unor concentratii de particule care depasesc valorile de referinta stabilite pentru protectia
sanatatii umane. Din acest motiv, este necesara revizuirea legislatiei europene referitoare la aer.
Ozonul (O3) poate cauza probleme respiratorii si poate conduce la mortalitate
prem atura. Expunerea in orase este foarte mare. Astfel, 97 la suta dintre locuitorii din mediul

5
urban din UE au fost expusi in 2010 la concentratii de ozon superioare nivelului de referinta al
OMS. 17 la suta au fost expusi la concentratii superioare valorii t inta a UE pentru O3. In 2009,
22% dintre terenurile arabile din Europa au fost expuse la concentratii de O3 cu efecte
daunatoare, ceea ce a condus la pierderi agricole.
Dioxidul de azot (NO2) este o cauza majora a eutrofizarii (cresterea excesiva de alge s i
plante in apa) si a acidificarii, contribuind de asemenea la formarea de particule si ozon. In
2010, 7% dintre europenii din mediul urban au fost expusi la niveluri de NO2 superioare
valorilor limita ale UE. Emisiile nationale de oxizi de azot din multe tari europene inca depasesc
plafoanele de emisii stabilite de legislatia UE si prevazute in documentele ONU.
Benzo(a)pirenul (BaP) este o substanta cancerigena. Intre 20 si 29 la suta din populatia
urbana a UE a fost expusa, intre anii 2008 si 2010, unor c oncentratii care depasesc valoarea
tinta a UE, care trebuie atinsa pana in 2013.
In schimb, in privinta dioxidului de sulf (SO2), masurile adoptate de UE au avut succes.
2010 a fost primul an in care populatia urbana din UE nu a mai fost expusa la concentr atii de
SO2 peste valoarea limita a UE.
In ultimii ani, emisiile de SO2 au fost reduse semnificativ, datorita legislatiei UE care
impune utilizarea tehnologiilor de epurare a emisiilor si reducerea continutului de sulf din
combustibili.
Concentratiile de monoxid de carbon, de benzen si de metale grele (arsenic, cadmiu,
nichel, plumb) din aerul exterior sunt, in general, scazute, localizate si sporadice in UE, cu un
numar mic de depasiri ale valorilor limita si ale valorilor tinta stabilite de legislatia U E.
In ultimii ani, AEM a publicat informatii anuale privind emisiile de poluanti atmosferici si
depasirile plafoanelor de emisii prevazute in Directiva privind plafoanele nationale de emisie
(PNE). Pana la sfarsitul anului 2012, AEM va publica o analiza r etrospectiva, in cadrul careia va
determina daca au fost indeplinite obiectivele in materie de sanatate si mediu prevazute in
Directiva PNE pentru 2010. Comisia Europeana pregateste o revizuire a legislatiei UE privind
aerul, urmand ca in anul 2013 sa puna accent asupra politicilor de combatere a poluarii
atmosferice.
China a admis de curand ca doua treimi dintre orasele de pe teritoriul sau depasesc
pragul de poluare atmosferica prevazut de noile norme care contabilizeaza particulele fine, cele
mai periculoase pentru sanatate, informeaza AFP.
Cedand presiunii populare, guvernul chinez a ordonat miercuri instituirea pana la
sfarsitul acestui an a unor masuratori privin d poluarea aerului care sa tina cont de particulele cu
diametrul mai mic sau egal cu 2,5 microni, care patrund mai adanc in plamani.
Obligativitatea unor noi masuratori privind poluarea atmosferica se va aplica in acest an
tuturor capitalelor de provincie si de regiune, ca si la Shanghai si Beijing. „Dupa instituirea noilor
norme, doua treimi dintre orasele natiunii noastre nu vor atinge nivelul cerut in privinta calitat ii
aerului”, a admis intr -o conferinta de presa, la Beijing, Wu Xiaoqing, ministru adjunct pentru
apararea mediului. Aceasta dovedeste „amploarea provocarii”, a adaugat oficialul chinez.

6
Noile norme chinezesti sunt menite sa raspunda recomandarilor Organi zatiei Mondiale
a Sanatatii (OMS) privind lupta impotriva poluarii atmosferice in tarile in curs de dezvoltare, dar
pragurile alese sunt de trei ori mai ridicate decat obiectivele recomandate de OMS. Autoritatile
au fost frecvent acuzate in ultimele luni ca subestimeaza gravitatea poluarii atmosferice in
zonele u rbane, mai ales in capitala, Beijing.
China, a doua economie a planetei si prima piata mondiala de automobile, isi vede mediul
inconjurator amenintat de numeroasele sa le industrii poluante, traficul rutier in constanta
expansiune si laxismul sau in ceea ce priveste protectia ecosistemelor.

Un raport al Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE) relevă că, dacă
guvernele lumii nu vor lua măsuri, în 2050 necesarul de energie va crește cu 80%, iar poluarea aerului va
urca pe locul întâi în topul cauzelor mortalității.
În timp ce guvernele lumii se luptă cu provocări curente, cum ar fi actuala criză
economică, ele nu trebuie să neglijeze importanța protecției mediului. Aceasta este concluzia
unui raport al Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică (OCDE) . Documentul
arată că, dacă nu se vor lua măsuri, peste patru decenii oamenii vor muri din cauza poluării
aerului.
„Sursele verzi de dezvoltare economică pot ajuta guve rnele să facă față provocărilor
presante. Agricultura organică, sursele curate de apă și energie sunt necesare pentru
satisfacerea nevoilor cu care se va confrunta omenirea în 2050”, a declarat secretarul general al
OECD, Angel Gurria. //Ecomagazin.ro -201 2//

Cum arată viitorul peste patru decenii (2050) , în lipsa unor politici sustenabile:
Cererea de energie va crește cu 80%, mai ales din cauza nevoii ridicate din economiile emergente,
care se vor baza, în proporție de 85%, pe combustibilii fosili. Efectul imediat al acestei previziuni
este că emisiile de gaze cu efect de seră vor crește cu 50%
Poluarea aerului, mai ales în zonele urbane, va ajunge principala cauză de mortalitate, urmată de
consumul de apă murdară. Numărul de morți premature cauzate de aerul poluat se va dubla de la
nivelul actual de 3,6 milioane pe an
Biodiversitatea globală va scădea cu 10%, cu pierderi semnificative de în Asia, Europa și Africa de
Sud. Suprafețele împădurite ale lumii se vor reduce cu 13%.
Nevoia de apă la nivel gl obal va crește cu 55%, din cauza consumului ridicat din industrie
Aceste previziuni indică nevoia urgentă de schimbare a politicilor publice, se arată în documentul
OCDE.
„Deja am fost martorii sucombării pescăriilor din cauza pescuitului excesiv, cu impac t
semnificativ asupra vieții comunităților din zonele de coastă, iar seceta severă din unele zone a
devenit o amenințare pentru agricultură. Aceste provocării de mediu nu trebuie ignorate, ci
rezolvate”, a mai spus Gurria. //Ecomagazin.ro -2012//

7

Aproape 135 de miliarde de euro sunt costurile in domenii precum sanatatea si mediul ,
cauzate de problema poluarii aerului – concluzia apartine unui raport al Agentiei Europene de
Mediu , care sustine necesitatea accentuata a utilizarii mai multor resurse de energie
regenerabile. Costurile ridicate ale poluarii provin din activitatea celor peste 10000 de mari
fabrici si alte utilitati de tip industrial din domeniul energiei.
Mai concret, aceste costuri se regăsesc în problemele de sănătate ale populației
(respiratorii sau cardiovasculare, ca să numim doar cele mai frecvente) și în problemele de
mediu (investiții în curățare, în sisteme de filtrare etc.). Raportat pe cap de locuitor al
continentului european, acest cost înseamnă cam 200 – 300 de euro de om . Atât ne costă pe
fiecare dintre noi, cei care locuim pe teritoriul Europei, poluarea. ”Analiza arată impactul
semnificativ al folosirii combustibililor fosili și costurile ridicate în sănătate și mediu; aceste
date ne arată clar că este cazul să introduc em urgent noi tipuri de energie în uz”, a declarat
Jacqueline McGlade, director executiv al Agenției Europene de Mediu.
Cel mai mare contributor la costurile atât de ridicate este sectorul de producere a
curentului electric (între 66 și 112 miliarde de eu ro), mai arată studiul. Analiza a inclus toate
statele membre ale Uniunii Europene, dar și țări din afara structurii, precum Norvegia și Elveția.
Ca și contribuție pe țară la costurile ridicate ale poluării au fost indicate în topul ”poluatorilor”
Germania ,
Franța, Italia, Polonia și Marea Britanie, țări care au cel mai mare număr de unități
energetice. Următoarele indicate sunt Bulgaria, Cehia, Estonia și România, din cauza nivelului
total de emisii (chiar dacă nu au atât de multe unități producătoare). Planurile de viitor imediat
ale oficialilor UE sunt de a revizui legislația europeană în domeniul calității aerului în 2013 (deși
există opoziție puternică din partea unora dintre țările membre în acest sens).
Romania este a doua cea mai poluanta tara din Uniunea Europeana in privinta centralelor
pe carbuni, potrivit unui raport dat publicitatii joi de Health a nd Environment Alliance
(HEAL). Tara noastra este depasita doar de Polonia in ceea ce priveste cantitatea de substante

8
poluante eliberate in atmosfer a de cosurile centralelor, fiind urmata de Germania.
Dintre cele mai poluante 20 de centrale pe carbune din UE, 5 sunt instalatiile romanesti
de la Turceni, Rovinari, Drobeta Turnu Severin, Isalnita si Mintia, se arata intr -un comunicat
remis Ziare.com de Fundatia TERRA Mileniul III.

Clasamentul tarilor din UE in privinta poluarii realizate de centralele pe carbune

La nivelul Uniunii Europene, acest factor de poluare este responsabil in fiecare an pentru
18.200 de morti premature, aproximativ 8.500 de cazuri noi de bronsita cronica si peste 4
mili oane de zile de lucru pierdute.
In termeni economici, impactul arderii carbunelui in Europa costa aproximativ 42,8
miliarde de euro pe an. Aceste costuri sunt asociate in mare parte cu afectiunile respiratorii si
cardiovasculare ce reprezinta doua tipuri principale de boli cronice in Europa . Impreuna,
centralele pe carbune din Polonia, Romania si Germania sunt responsabile pentru mai mult de
jumatate din impactul total al acestor instalatii asupra sanatatii umane.
Țara Costuri totale
(milioane Euro),
valoarea statistică
a vieților afectate
(VSL) – limită
superioară
estimată Costuri totale
(milioane Euro),
valoarea anilor de
viață pierduți –
limită inferioară
estimată Costuri pe cap de
locuitor/an
(Euro) (VSL) Costur i relative,
Eurocenți / kWh de
electricitate produs
din cărbune (VSL)
Austria 74 27 9 2.0
Belgia 134 46 12 2.6
Bulgaria 4.629 1.678 608 23,3
Cehia 2.842 1.034 271 6.2
Danemarca 63 23 11 0.4
Estonia 445 159 332 5.8
Finlanda 169 62 32 1.5
Franța 1,879 697 29 8,7
Germania 6.385 2.303 78 2.6
Grecia 4.089 1.474 363 12,0
Ungaria 268 101 27 4.2
Irlanda 201 72 45 5.0
Italia 857 312 14 2.2
Letonia 3 1 1 127,5
Olanda 386 129 23 1,6
Polonia 8.219 2.979 216 6,2
Portugalia 90 33 8 0,7
România 6.409 2.315 298 29,5
Slovenia 228 86 112 4,5
Slovacia 925 336 171 24,0
Spania 827 310 18 2,3
Suedia 7 3 1 1,4
Marea Britanie 3,682 1,275 60 3,6
EU27 42.811 15.453 87 5,3
Croația 243 88 55 14,7
Turcia 6.689 2.448 94 12,3
Serbia 4.987 1.832 680 21,5
TOTAL 54.730 19.821 95 6,2

9

Cum ne imbolnavesc centralele pe carbuni?

Centralele pe carbuni sunt u n important generator de poluare a aerului in Europa, pe
care expertii in boli respiratorii l -au numit "ucigasul invizibil" si reprezinta astazi una dintre
cele mai mai mari amenintari la adresa sanatatii publice. Expunerea la poluare este legata de un
num ar semnificativ de efecte asupra sanatatii umane, precum incidenta mare a bolilor
respiratorii si cardiovasculare.
Productia de energie electrica pe baza de carbune se a dauga la calitatea si asa slaba a
aerului din Europa – afectata in principal de sectorul transporturilor, industrie, incalzirea
rezidentiala si agricultura. Centralele electrice pe carbune elibereaza cantitati substantiale de
pulberi in suspensie, dioxid d e sulf, oxizi de azot – cele din urma contribuind indirect la formarea
ozonului. Dintre acestea, cele mai periculoase pentru sanatate sunt pulberile fine (PM2.5) si
ozonul.
Avand in vedere ca poluantii se pot imprastia in aer pe distante mari si nu au gra nite,
intreaga populatie europeana este afectata.
Alte substante periculoase emise de cosurile centralelor de carbune sunt metalele grele, precum
mercurul si poluantii organici persistenti (POP), cum sunt dioxinele si hidrocarburile policiclice
aromate (P AH).
Intoxicarea cu acestea se poate face fie direct, prin respiratie, fie indirect, preluate prin
alimente si apa. Un motiv special de ingrijorare il reprezinta cantitatile mari de mercur, avand in
vedere ca acesta poate afecta dezvoltarea cognitiva a co piilor si poate afecta in mod ireversibil
organele vitale ale fatului.
Centralele electrice pe carbune sunt cea mai importanta sursa de emisii de mercur in
Europa, iar UE propune o serie de optiuni tehnice pentru reducerea acestor emisii in cadrul unui
nou tratat ONU.

Ce masuri trebuie luate?

Peste 80 -90% din populatia urbana din Europa este expusa la niveluri de pulberi in
suspensie si ozon mai mari decat cele recomandate de Organizatia Mondiala a Sanatatii.
Aproape fiecare persoana este expusa la polu area aerului pe timpul vietii. Aceasta expunere pe
termen lung creste semnificativ riscul de a dezvolta boli cronice cardiovasculare sau
respiratorii. Intre 4% si 10% din populatia europeana a fost diagnosticata cu boli cronice
obstructive pulmonare, iar a proximativ 30 de milioane de europeni sufera de astm.
Concediul medical asociat acestor afectiuni afecteaza productivitatea si genereaza
costuri. Necesitatea de a lua medicamente sau de a primi ingrijiri medicale reprezinta o presiune
bugetara atat asupr a persoanelor afectate, cat si asupra sistemelor publice de sanatate. Dar
dincolo de costurile economice, cea mai afectata este bunastarea oamenilor, a familiilor si a
comunitatilor, care ar trebui sa fie protejate de efectele negative asupra mediului.

Cheltuielile publice de sanatate provocate de bolile cardiovasculare au fost estimate la
196 miliarde de euro pe an pentru UE, in timp ce pentru bolile respiratorii cronice costurile au
fost estimate la 102 miliarde de euro pe an, de catre European Lung Fo undation (ELF) si
European Respiratory Society (ERS).
O centrala mare pe carbune emite anual mai multe mii de tone de poluanti atmosferici
periculoasi si are o durata de viata medie de cel putin 40 de ani. Constructia de noi centrale
electrice pe carbune ar insemna ca emisiile periculoase si efectele lor asupra sanatatii se vor
multiplica si vor continua pentru multi ani, potrivit comunicatului. De asemenea, ar
contrabalansa reduceri de poluanti atmosferici realizate in alte sectoare.

10
"Aceste date privind impactul carbunelui asupra sanatatii sunt cu atat mai ingrijoratoare
pentru Romania avand in vedere ca Guvernul nu ia masuri, ci dimpotriva amana
retehnologizarea a 28 de termocentrale care trebuie sa -si reduca emisiilor de dioxid de sulf,
oxizi de azot s i pulberi.
Actiunile Guvernului permit astfel mortalitati premature si imbolnaviri ale populatiei ce
ar fi putut fi evitate prin aplicarea limitelor de emisii stabilite la nivel european. Nu este corect
ca societatea sa acopere costurile de sanatate si de mediu ale unor industrii poluatoare, mai ales
in conditiile in care exista alternative viabile la planul propus, in primul rand cresterea eficientei
energetice atat pe partea de productie cat si pe cea de consum", a spus Ionut Brigle, activist
Bankwatch R omania. //ziare.com/mediu -2012//

CAP ITOLUL I : STADIUL ACTUAL AL CERCETARILOR PRIVIND POLUAREA
ATMOSFEREI

Majoritatea termocentralelor mari din țara noastră datează din perioada în care,
dispersia gazelor de ardere prin coșuri de fum înalte, era considerată ca un mijloc eficient și
suficient pentru protecția calității vieții și a mediului înconjurător.

Înălțimea coșurilor de fum era astfel calculată, încât emisiile de gaze și pulberi să nu
depășească normativele în vigoare din perioada respec tivă. Dispersia emisiilor poluante pe
suprafețe mari de teren însemna, de fapt, reducerea concentrațiilor pe unitatea de suprafață, nu
și reducerea cantitativă a acestora la ieșirea pe coș.

Fenom enul de poluare produs de termocentrale a fost accentuat de calitatea slabă a
cărbunilor, a echipamentelor de ardere și a celor de purificare a gazelor de ardere. În acest fel,
pentru fiecare kilowatt de electricitate produs, termocentralele românești au e mis în atmosferă
cantități duble de gaze de ardere încărcate cu dioxid de carbon, oxizi de azot și sulf și diferite
pulberi (metale grele, cenuși zburătoare, etc.).

Coșurile de fum reprezintă "sursele înalte" de poluare ale mediului în timp ce haldele de
cenușă "sursele joase". Sursele înalte evacuează în atmosfera cantități mari de poluanți gazoși,
pulberi metalice și cenuși zburătoare. Poluanții de acest gen sunt dispersați pe distanțe mari,
funcție de înălțimea coșului, viteza gazelor la ieșirea de pe coș, direcția și intensitatea curenților
de aer. Efectul major al surselor joase, reprezentate de haldele de cenușă, asupra mediului
înconjurător îl constituie însuși materialul depus în astfel de depozite și anume, cenușa. Ambele
surse acționează împreună , influența lor asupra mediului înconjurător cumulându -se.

Emisia unui coș de termocentrală nu este omogenă ci este compusă din particule solide și
componenți gazoși, iar pe parcursul difuziei turbulente din atmosferă, în prezența umidității,
procesele d e sedimentare se vor suprapune cu cele de reacție. Emisiile surselor înalte sunt
continue și relativ uniforme spre deosebire de cele ale surselor joase, care se produc

11
intermitent. Aceste emisii, prin caracterul lor complex, determină poluarea atmosferei
înconjurătoare cu gaze de ardere și particule diverse.

Înălțimea mare a coșurilor de evacuare are drept consecință dispersia poluanților pe
distante mari și chiar foarte mari (20 – 25 km) față de termocentrală, poluarea fiind în acest caz
spațială. Polua rea spațială, determinată de gazele de ardere, are ca efect creșterea concentrației
CO2 și SO2 din atmosferă. Poluarea spațială produsă de termocentralele pe cărbune poate
deveni în primă instanță poluare transfrontalieră.

Rezultatul imediat al poluării spațiale este alterarea calității aerului și a unor proprietăți
ale apei. La nivelul solului, efectele acestui tip de poluare nu sunt imediate, întrucât acest
component al mediului înconjurător are capacitatea de a stoca diverși poluanți și de a le
contracara acțiunea. De asemenea, concentrația diferiților poluanți se poate modifica în timp,
aceasta putând deveni mai mare datorită acumulării sau, din contră mai mică atunci când
levigarea este mai mare decât acumularea diferiților poluanți în partea s uperioară a solului.

Spre deosebire de coșul termocentralelor, haldele de cenușă contribuie la poluarea locală
a mediului ambiant, compartimentul cel mai afectat fiind solul. Construcția haldelor de cenușă
are ca efect distrugerea solurilor pe o suprafaț ă cel puțin echivalentă cu cea a haldelor și
antropizarea celor din jur pe circa 20 – 30 % din suprafața aferentă haldei. Spre deosebire de
poluarea spațială, acest tip de poluare are un efect imediat și total asupra solurilor. Utilajele
terasiere grele, u tilizate la construcția haldelor, pot distruge definitiv solurile în doar câteva zile.
Poluarea produsă de haldele de cenușă nu încetează în momentul finalizării construcției,ci
aceasta poate continua pe toată durata de funcționare a depozitului.

Poluare a produsă de termocentrale se poate clasifica și după modul de manifestare al
agenților poluanți asupra stării de calitate a solurilor. Din acest punct de vedere poluarea poate
fi: fizică sau chimică. Poluarea fizică a solurilor constă în toate acele acțiu ni care determină
modificarea uneia sau mai multor proprietăți fizice: granulometrie, densitate, porozitate,
conținut de material scheletic. Poluarea chimică poate determina: modificarea reacției
substratului, a conținutului de materie organică, microeleme nte, săruri, etc.

Poluarea fizică generată de termocentralele pe cărbune este cea mai gravă formă de
poluare a solurilor, efectele acestui tip de poluare putând fi totale sau parțiale. Efectul total al
poluării fizice asupra solurilor se materializează p rin distrugerea acestora odată cu construcția
centralelor și a haldelor de cenușă. Solurile aferente construcției haldelor sunt pierdute definitiv
pentru societate, scoaterea terenurilor din circuitul agricol venind în totală contradicție cu
dezvoltarea du rabilă a economiei fiecărei țări. Desigur, în actuala etapă economică, construcția
haldelor de cenușă este un rău necesar și de aceea, pentru acestea, vor fi destinate doar acele
suprafețe de teren improprii desfășurării producției agricole. Efectele parți ale constau în
transformarea învelișului natural de soluri în protosoluri antropice. Astfel de soluri apar în
incinta termocentralelor și în jurul haldelor de cenușă.

O altă formă a poluării fizice este modificarea compoziției texturale a solurilor încăr cate
cu particule de cenușă. De asemenea, în incinta multor termocentrale terenurile sunt ocupate
nejustificat de cantități mari de materiale ce pot fi valorificate. Poluarea fizică are o arie de
extindere mai mică decât cea chimică, însă efectele acesteia sunt cu mult mai mari și imediate.

Poluarea chimică a solurilor este cauzată deopotrivă atât de sursele înalte cât și de cele
joase. Astfel, emisiile surselor înalte pot provoca acidifierea solurilor și încărcarea lor cu metale
grele și cenușă. Sursele joase, datorită infiltrațiilor prin fundamentul haldelor și prin pereții lor
laterali, pot provoca alcalinizarea și înmlăștinirea solurilor din jur. În consecință, cele două
surse au o acțiune antagonistă asupra reacției solurilor.

12

Dezvoltarea continuă a activităților industriale din ultimele decenii, a avut urmări tot mai
îngrijorătoare asupra echilibrului ecologic al planetei, datorită cantităților uriașe de substanțe
poluante emise zilnic în atmosferă.

După cum se știe, poluarea mediului înconjurător este un fenomen extrem de complex
deoarece din cantitățile enorme de emisii poluante eliminate zilnic în atmosferă prin coșurile de
fum, o parte se răspândesc în jurul surselor de poluare rămânând pe teritoriul țării respective,
iar o altă parte este purt ată de curenții aerieni și de ape, peste granițe . În prezent se pare că
poluarea mediului înconjurător prin activitatea necontrolată a omului se apropie de ,,pragul
critic” depășind limitele de apărare ale naturii, punându -se în pericol existența vieții p e Terra .

Încălzirea globală, determinată de amplificarea efectului de seră, este semnul cel mai
vizibil al schimbarilor climatice ce au loc la nivelul întregului glob. Creșterea frecvenței
fenomenelor meteorologice extreme (căldură excesivă, inundații, furtuni), topirea ghețarilor și
creșterea nivelului oceanelor reprezintă amenințări serioase asupra supraviețuirii multor specii
de plante și animale, precum și asupra sănătății și bunăstării oamenilor.

La nivel local, creșterea poluării, în special în m arile orașe (de pildă praful și smogul ce
fac aerul irespirabil), are consecințe dintre cele mai nefaste, între care ploile acide ocupă un loc
central, producând alterari semnificative ale sănătății plantelor și animalelor, eroziuni ale
solului sau clădiri lor, coroziuni ale obiectelor metalice, etc.
Alterarea calității aerului și a apei a condus la deteriorarea sănătății populației,
înregistrându -se o intensificare a afecțiunilor cardio -respiratorii care au dus la nivele
alarmante ale morbiditatii (număr c are indică raportul dintre persoanele bolnave și cele
sănătoase de pe un teritoriu dat într -o perioadă de timp) și mortalitatii (indice rezultat din
raportarea numărului de decese dintr -o populație, într -o anumită perioadă, la totalul populației
respective , pe un anumit teritoriu) la nivel mondial, împreună cu stresul termic produs de
valurile de caldură și creșterea raspândirii bolilor infecțioase din zonele tropicale spre alte
locații datorită încalzirii climei.
În vederea prevenirii și ameliorării calității atmosferei în scopul evitării efectelor
negative asupra sănătății omului și asupra mediului ca întreg, un rol important îl are
conformarea activităților și instalațiilor la prevederile legislatiei europene în domeniul
protecției atmosferei. Pentr u aceasta, Serviciul Protecția Atmosferei din cadrul ANPM
monitorizează stadiul implementării legislației comunitare din domeniul protecției atmosferei
asigurându -se astfel alinierea la normele juridice internaționale și la reglementările comunitare
în dom eniul protecției mediului.
În acest context prevenirea și combaterea poluarii mediului înconjurător sunt
considerate printre cele mai importante probleme cu care se confrunta societatea romaneasca și
umanitatea în general.
Un prim pas pentru înțelegerea g lobală a problemei mediului s -a realizat în 1982, la
Nairobi, cu ocazia comemorării a zece ani de la prima Conferința ONU pentru Mediu
(Stockholm 1972). Rezultatele bilanțului efectuat cu această ocazie au fost total negative,
evidențiind faptul că, în ciu da eforturilor depuse, s -a realizat puțin în mod concret pentru
protejarea mediului la scară globală. S -a constatat că, problema deteriorării mediului nu poate fi
tratată separat de cauzele care o generează, respectiv industrializarea excesivă, agricultura
intensivă, exploatarea excesivă a resurselor naturale, producerea energiei în cantități excesive,
creșterea traficului în transporturi – factori care definesc dezvoltarea societății umane. În acest
context s -a stabilit că se impune o abordare complexă, si multană, a condițiilor de mediu și a
dezvoltării. Ca atare, a fost numită o comisie ONU "pentru mediu și dezvoltare" care să studieze
problematica abordării complexe. Raportul respectivei comisii, elaborat în 1987, cunoscut sub
numele de “Our common future ” (Viitorul nostru comun), a statuat un nou concept, denumit
dezvoltare durabilă (sustainable development). Conceptul pune la baza dezvoltării economice

13
limitele impuse de protejarea mediului, enunțând următoarea idee fundamentală: dezvoltarea
durabilă î nseamnă utilizarea resurselor naturale necesare nevoilor prezente fără ca aceasta să
compromită posibilitatea generațiilor viitoare de a -și asigura propriile nevoi.
Această criză a devenit cea mai stringentă dintre toate problemele care apasă, în
prezent Terra, deoarece privește însăși existența omului ca specie, a viului în general, pe
această planetă cu întreaga sa civilizație și cultură.
Depășirea acestei crize, necesită, o strategie pe termen lung, curaj politic și
discernământ, autoritate și o responsabilitate din partea tuturor locuitorilor planetei privind
soluționarea problemelor de mediu actuale.
După cum se știe cea mai mare parte din emisiile poluante evacuate anual în
atmosferă, se datorează combustibililor fosili utilizați ca formă pri mară de energie.
Din acest motiv, consumul de energie trebuie monitorizat în corelație cu emisiile
poluante înregistrate anual la nivel mondial, cu efecte dezastruoase asupra mediului
înconjurător: poluarea aerului, apei și solului, încălzirea globală prin efectul de seră, ploile acide,
deteriorarea stratului de ozon, schimbările climaterice (inundații în unele zone, topirea unor
ghețari, uragane, secetă, incendii naturale, etc.).
Întrucât centralele termoelectrice și mai ales cele care funcționează cu com bustibili
clasici (lignit, cărbune brun, huilă) dețin, peste tot, în întreaga lume, o cotă importantă din
sursele de emisii poluante (cca. 88 % din emisiile totale de NOx și CO2, peste 90 % din emisiile
totale de SO2 și cca. 72 % din pulberi, etc.) în medi ul ambiant, s -a considerat normal să se fixeze
pentru acestea, valori limită ale emisiilor în gazele evacuate prin coșul de fum.
Aceste norme au fost elaborate în majoritatea țărilor industrializate din lume, ele fiind mai
severe sau mai puțin severe, în funcție de specificul fiecărei țări, de combustibilii utilizați,
puterea termică unitară a grupului energetic, durata de viață restantă a instalațiilor, nivelul de
dezvoltare a instalațiilor de ardere și tehnologiile de desprăfuire.

În prezent, în Europa Occidentală este practic generalizat nivelul de 50 mg/Nm3
de pulberi în gazele desprăfuite, iar în unele țări puternic industrializate, există deja tendința de
a se trece la nivelul de 40 mg/Nm3 .
În transpunerea și aplicarea prevederilor legislație i comunitare în domeniul energiei,România
ține cont de aquis -ul comunitar de mediu, pentru sectoarele de mediu privind calitatea aerului,
controlul poluării industriale și managementul riscului de poluare, de obligațiile asumate prin
semnarea Protocolului de la Kyoto la Convenția Cadru a Națiunilor Unite privind schimbările
climaterice, ratificat prin Legea nr.3/2001, de Tratatul Cartei Energiei, ratificat prin Legea
nr.4/1997 și de Tratatul EURATOM.
Până în anul 2012, în România, pentru instalațiile mari de ardere, a combustibililor
solizi, nivelul permisiv al emisiilor de pulberi este de 100 mg/Nm3 pentru instalațiile existente
și 50 mg/Nm 3 pentru instalațiile noi.
Din cauza impactului negativ al emisiilor poluante asupra mediului si a posibilității de
închidere a instalațiilor mari de ardere cu perioada de tranziție în cazul în care angajamentele
asumate în procesul de negociere nu se vor respecta (ceea ce ar putea produce distorsiuni
asupra funcționării în siguranță a Sistemului Energetic Național și în cadrul pieței de energie,
conducând la creșterea prețului energiei și cu impact negativ social etc.), reabilitarea
instalațiilor mari de ardere face parte din domeniile majore de intervenție ale axei prioritare IV.
Obiectivul esențial este reducerea emi siilor de poluanți în aer, proveniți din instalațiile mari de
ardere, care reprezintă sursa principală de energie termică și apă caldă pentru consumatori,
însă și principala sursă de poluare a aerului, datorită combustibililor fosili (cărbune, petrol)
utilizați de către aceste instalații.
În acest context retehnologizarea instalațiilor de desprăfuire electrică din centralele
termoelectrice românești pentru a satisface cerințele din Hotărârea Guvernului nr. 647/2001 și
nr. 541/2005 este un obiectiv principa l care nu poate fi amânat.
Una dintre cele mai importante probleme ale epocii moderne o reprezintă poluarea atmosferică.
Acest fenomen, extrem de complex, a devenit obiectul de interes al mai multor organizații

14
internaționale, deoarece, consecințele poluăr ii atmosferice se fac resimțite peste hotarele
țărilor.
In general se poate vorbi de o poluare regională, care constă în contaminarea
atmosferei prin deșeuri sau subproduse lichide, solide sau gazoase care pun în pericol
sănătatea oamenilor, plantelor și animalelor sau pot ataca materiale, pot reduce vizibilitatea sau
pot provoca mirosuri dezagreabile. La scară planetară, eliminarea sau acumularea în atmosferă
a anumitor produse, duc la consecințe ireparabile asupra echilibrului natural al planetei:
distrugerea stratului de ozon și încălzirea globală a atmosferei. Rezultatele sunt deja vizibile: pe
de o parte, suprafața Pământului este supusă în mod constant radiațiilor ultraviolete care nu
mai sunt filtrate suficient de pătura de ozon și care sunt e xtrem de dăunătoare vieții, și pe de
altă parte, încălzirea atmosferei produce schimbări climatice importante. În aceste condiții,
majoritatea țărilor industriale au emis în ultimele decenii, anumite legi privitoare la nivelurile
maxime admisibile de polua re atmosferică. Astfel, există preocupare foarte intensă pentru
ameliorarea mijloacelor de filtrare existente sau pentru găsirea unor soluții noi, mai efic iente și
mai puțin costisitor

CAP ITOLUL II : METODE DE DEPOLUARE A ATMOSFEREI

Printre tehnicile de filtrare cel mai adesea utilizate pentru reținerea particulelor
existente în gazele rezultate în urma diferitelor activități industriale, un loc important îl ocupă
precipitatoarele electrostatice (numite și filtre electrostatice sau electrofil tre). Aceste instalații
de filtrare au la baza principiului de funcționare încărcarea cu sarcină electrică a particulelor
pentru ca acestea să fie reținute. Sub acțiunea câmpului electric, particulele colectate sunt
depuse pe suprafețele unor electrozi de colectare. Din punctul de vedere al masei particulelor
colectate, precipitatoarele electrostatice asigură o eficiență de filtrare superioară procentului de
99 %. Un alt mare avantaj al acestor filtre îl constituie și faptul că acestea pot trata debite foar te
mari de gaze, producând în același timp pierderi de presiune foarte mici în instalațiile de
evacuare ale acestora.
Deși eficiența de filtrare a precipitatoarelor electrostatice este foarte ridicată, studii
recente au arătat că randamentul în cazul part iculelor cu diametre cuprinse între 0,1 și 1μm,
este foarte scăzut. Interesul pentru ameliorarea funcționării acestor instalații a crescut
considerabil în urma cercetărilor care au adus în evidența faptul că particulele fine sunt cele mai
dăunătoare sănătă ții.
Ameliorarea funcționării electrofiltrelor necesită înțelegerea fenomenelor fizice care
intervin în procesul de separare electrostatică. De -a lungul timpului, au fost create modele
teoretice simple care au stat la baza dimensionării electrofiltrelor m ai bine de o jumătate de
secol. Odată cu dezvoltarea mijloacelor moderne de calcul, s -au putut crea noi metode de
dimensionare a electrofiltrelor, ce au condus la progrese apreciabile în domeniul precipitării
electrostatice. Totuși, datorită complexității fenomenelor fizice prezente în electrofiltre, unele
aspecte sunt încă neglijate în noile teorii elaborate.
Obiectivul este acela de a lărgi sfera de cunoștințe privitoare la modul de încărcare al
particulelor în electrofiltre și la caracteristicile curgeri i de gaz între electrozii acestora, ținând
cont de curgerea de gaz existentă.
Pentru a restrange sfera de aplicatii ale diverselor solutii de depoluare, vom studia intr -un
mod sustinut depoluarea in cadrul centralelor electrice cu ciclu termodinamic , cea mai

15
importanta sursa de poluare in prezent alaturi de industria siderurgica. Datorita a necesitatii tot
mai mare de energie electrica si a costului mult prea ridicat al solutiilor de producere
regenerabile, un procent majoritar din energia produsa , atata timp cat vor exista resurse
combustibile rentabile din punct de vedere al exploatarii, va fi constituit de energia produsa prin
arderi. Arderile incomplete produc intotdeauna noxe , poluare, si cum arderile complete nu exista
decat in domeniul teoreti c putem concluziona ca orice proces de ardere produce poluare.
Gasirea unor solutii cu adevarat viabile atat din punct de vedere tehnic , dar mai ales economic
pentru eficientizarea obtinerii energiei electrice din cicluri termodinamice s -a dovedit a fi o
sarcina grea si de interes , indiferent daca vorbim de societatea din urma cu 50 de ani sau cea de
peste 50 de ani.
In urmatoarele pagini vor fi prezentate majoritatea solutiilor de reducere a poluarii
generate de centralele energetice cunoscute pana in p rezent. Majoritatea acestor solutii sunt
folosite de un timp indelungat si si -au dovedit eficienta in timp, altele sunt in faza de experiment
si se lupta pentru a -si dovedi atat eficienta cat mai ales rentabilitatea.
Sectorul energiei (înțeles ca ansamblul sistemelor de extracție, transport, transformare,
distribuție, utilizare a energiei) este o activitate cu puternic impact asupra mediului. Cele
mai mari surse de po luare sunt sursele de electricitate; practic ele produc toate tipurile de
fluxuri, de masă și energie, care intră în categoria poluanților. Nu meroși factori poluanți
(factori nocivi sau “noxe”) apar da torită activității umane. Noxele fizice și chimice pot fi
fenomene, substanțe sau câmpuri:
 care nu existau anterior activității umane respective (în această categorie intră și
noxele a căror p rezență în natură era extrem de rară înainte de manifestarea activității
umane respective).
 care existau anterior în natură, dar a căror prezență s-a amplificat mult prin activitatea
umană. Un exemplu tipic în acest sens îl constituie CO2 din atmosferă.
Ele perturbă mediul și “ciclurile naturale” prin acțiuni directe si indirecte.

În ana liza ecologică trebuie să identificăm:
 sursa de poluare (în cazul de față CE, la modul general și CTE în special);
 factorul poluant (câmp, substanță, etc) și tipul de poluare;
 sistemul poluat (“receptor” sau “țintă”) și modul în care se exercită efectele asupra sa;
 limitele de poluare “suportabile”;
 căile și mijloacele de a reduce efectele poluării.

16

Poluarea Tipul poluării Agentul poluant

Poluare chimică sub formă de substanțe miscibile
sau solubile Gaze de ardere
Soluții chimice
Cenușă (unele comp.)

Poluare fizică directă, sub formă de căldură Apă de răcire
Gaze de ardere produsă
E
Poluare fizică directă, sub formă de substanțe Zgură și cenușă de C(T) Vapori de apă Poluare fizică indirectă CO2 (efect de seră)

Poluare fizică directă, sub formă de oscilații, unde și câmp Unde sonore
Unde electromagnetice
Radiații ionizante

Poluarea Mediul poluat Exemple

Apele subterane Poluare chimică sau radioactivă prin infiltrații de soluții
Poluare termică prin infiltrare de apă caldă

Solul (poluare
pedologică și
geologică) Schimbarea destinației unor terenuri, scoaterea lor din circuitul
agricol
Poluare fizică și chimică prin depozite de zgură și cenușă
Amplasarea unor mase mari (baraje la CHE, fundații, etc).
produsă
E
Atmosfera Poluare fizică, chimică sau radioactivă prin pulberi și gaze nocive
de C(T) Poluare termică la turnurile de răcire și prin gazele de ardere
Poluare fizică cu vapori de apă

Apele
supraterane Poluare chimică sau radioactivă prin evacuare de soluții
Poluare termică prin apă caldă
Schimbarea circulației unor fluxuri de apă (în special la CHE)

“Biosfera” Efectele indirecte ale factorilor de mai sus asupra mediului de viață
“Ingerarea” de noxe chimice sau radioactive
Extinderea razei geografice și temporale de acțiune a factorilor poluanți

Scara
“geografică”
de poluare Raza efectului Exemple
Locală (câțiva km) Poluarea pedologică

Zonală (zeci de km) Poluarea cu cenușă zburătoare
Poluarea termică a apelor de suprafață

Regională (sute de km) Fenomene de tip “ploaie acidă” (datorate SOx și NOx)
Poluare radioactivă în caz de accident
Globală (întreaga planetă) Contribuția la efectul de seră (în principal prin CO2)

Efectele ecologice regionale pot cuprinde suprafețele a mai multe țări și pun problema
poluărilor transfrontaliere (poluatorul se află într-o țară iar ținta în alta). Limitarea poluărilor regionale
transfrontaliere și a poluării globale necesită acorduri interstatale.

17

Efectul factorului “timp” asupra intensității poluării

După situațiile
în care apare
poluarea
deosebim: Regimul de lucru Exemple
Poluare în regim de
funcționare “normală” Poluarea cu gaze de ardere, cenușă zburătoare
Poluarea termică a apelor de suprafață
Poluare accidentală Viituri provocate de ruperi de baraje la CHE
Poluare radioactivă în caz de accident nuclear

După scara

” Intervalul de timp Exemple

Înainte de PIF Poluarea din activitatea de construcție a centralei și
de realizare a echipamentelor acesteia

În cursul exploatării
“normale” Poluarea din funcționarea propriu zisă a centralei
Poluare din activități conexe funcționării centralei (de
exemplu la minele de cărbune, fabrici de apă grea, etc) “temporală
a poluării
: În cursul exploatării în
situații accidentale
Vezi mai sus deosebim
După terminarea
exploatării
Lucrări de dezafectare (re-ecologizarea amplasamentului)
Pe întreaga du rată de viață Totalul activităților de mai sus

Exprimarea noxelor la emisie și imisie. Fluxuri de noxe “globale” și “raportate”.

Noxele pot fi exprimate în diverse moduri. După “locul” de exprimare deosebim no xe:
 la “emisie” (sursă) – mod de analiză util pentru analiza de impact a unei surse;
 la “imisie” (receptor, “sistem țintă”) – permite evidențierea poluării unui mediu (aer, apă, etc).

După modul de analiză cantitativă noxele se pot exprima:
 ca mărimi absolute (cantități, fluxuri);
 ca mărimi raportate, fie sub formă de concentrații în mediul în care se face diluția (gaze de
ardere, aer, apă) fie raportate la efectul util al instalației poluatoare (în cazul de față la
energie). Exprimarea noxelor sub formă raportată este deosebit de utilă pentru normarea noxelor
admisibile.

Concentrația de noxe la emisie, în agentul purtător, reprezintă raportul intre fluxul de noxe și
fluxul de agent purtător care evacuează aceste noxe. Exemplu, pentru CTE :
.
Acest tip de oncentrație la emisie este supusă unor limitări prin reglementări specifice. Acestea trebuie să
prevadă inclusiv modul de exprimare a fluxurilor de agent purtător.
Concentrația de noxe la imisie reprezintă raportul între cantitatea de noxe și cantitatea de agent poluat de
aceste noxe. Exemplu:
. Concentrația la imisie poate fi coborâtă printr-o cât mai bună
dispersie a noxelor în mediul poluat.

“Istoric” primele norme au fost cele referitoare la imisiile de noxe. Evidențierea efectului unei
surse la imisie este dificilă atunci când mai multe surse își exercită influența de același tip asupra
aceluiași receptor.

18
N

Cantitățile și fluxurile “globale” de noxe la “emisie” se pot exprima sub diferite
forme:
 cantități totale de noxe eliberate accidental
 cantități totale de energie eliberate accidental
 cantități totale de noxe (energii) eliberate în funcționarea “normală” a centralei pe durata de viață
fluxuri masice [kg/s], volumice [ m 3 / s ] sau de energie [kW, MW] în funcționarea “normală”.
Exprimarea cantităților și fluxurilor globale permite evidențierea impactului unui obiectiv,
dar nu permite compararea între ele a diverselor obiective cu producții diferite. În acest ultim scop
sunt necesari indicatori raportați de tip concentrații la emisie și la imisie, factori de emisie, etc.

După posibilitatea de reutilizare, evacuare sau stocare controlată noxele pot fi:

a) noxe reciclabile sau care pot fi transformate relativ ușor în substanțe reutilizabile. Zgura și
cenușa sunt substanțe neutre chimic. Acestea pot fi folosite ca umplutură sau ca materie primă într-o altă
industrie. Ex:
 cenușa cu conținut de calcar se poate folosi la fabricile de ciment.
 cenușa cu bauxită se poate folosi la fabricile de alumină.
 cenușa “neutră”, ce conține silicați, poate fi folosită ca material de umplutură în amenajarea
terenurilor sau în construcții, granulația sa fiind comparabilă cu cea a nisipului.
b) neutralizabile – pot fi transformate în cadrul procesului de reținere a noxelor în centrale în
substanțe utile sau în substanțe nepericuloase.

SO 2 + Ca(OH)2 ⇒ CaSO3 + H2O (⇒ ghips)
HCl + NaOH ⇒ NaCl + H2O (⇒ sare)

c) noxe care pot fi evacuate controlat prin diluție într-un mediu astfel încât concentrația să
scadă sub limitele admisibile

d) no xe stocabile controlat. Ex: noxe puternic radioactive.

Noxe de ardere. Combustibili energetici: tipuri, caracteristici

Principalele caracteristici ale combus tibililor energetici “clasici” sunt legate de:
starea de agregare: combustibili solizi, lichizi și gazo și;
compoz iția chimică (participații masice sau volumice ale diferitelor componente );
puterea calorifică este cantitatea de căldură degajată prin arderea completă a 1 kg de
combus tibil solid sau lichid sau a 1m3
N de combus tibil gazos;
necesarul de aer de ardere și produ cția de gaze de ardere “umede” (conținând vapori de apă) și
“uscate” (fără vapori de apă), exprimate în m3
N de aer sau de g.a. pentru 1 kg de combus tibil solid
sau lichid sau pentru 1m3
N de combus tibil gazos și determinate din ecuațiile chimice de ard ere;
conținutul de substanțe volatile, dintre acestea cele organ ice influențează inflamab ilitatea.

19

Pentru combus tibilii solizi și l ichizi compoz iția elementară se exprimă în participații masice

Nr. Componente
principale
Notația Ex. numerice Compoziția elementară Păcură Lignit

1 1a Procente
de masă
organ ică,
Morganică
din care: Procentul de Carbon organ ic CO 83 20
1b Procentul de Hidrog en organ ic HO 8,5 2
1c Procentul de Oxigen organ ic OO 1 7,4
1d Procentul de Nitrogen organ ic NO 1 2
1e Procentul de Sulf organ ic SO 3,5 0,6
TOTAL MASĂ ORGA NICĂ

2 2a Procente de
masă anorgan ică Procentul de Sulf din sulfuri Ssulfuri – 0,2
2b TOTAL MASĂ ANORGA NICĂ A 1 28
3 Procentul de umiditate W 2 40
4 Verificare compoz iție Morganică + W + A = 100

C; H; O; N S0 Ss M Wt
Masa organică Sulf Masa min. Umiditatea
Conventionala necomb.
organic sulfura higroscopica de imbinatie

(o) Masa organică

(mc) Masa combustibilă

(anh) Combustibil anhidru

(a) Proba uscată la aer

(i)Proba inițială

20
Exemplu de clasificare a cărbun ilor după gradul de încarbon izare

Clase Grupe
1. Turbă

2. Cărbune brun 2.1. Cărbune brun pământos
2.2. Cărbune brun lemnos (lignit)
2.3. Cărbune brun mat
2.4. Cărbune brun “lucios” (“smolos”)
3. Cărbune brun huilos

4. Huilă 4.1. Huilă flamban tă (cu flacără lungă)
4.2. Huilă de gaz
4.3. Huilă grasă
4.4. Huilă de cocs
4.5. Huilă slabă degersantă
4.6. Huilă antracitoasă
5. Antracit

În afară de cărbune se pot utiliza alți combus tibili solizi:
fosili (șisturi bituminoase, OrinOil);
biomas ă (lemn, deșeuri de lemn, paie);
deșeuri combus tibile indus triale și urbane ș.a.

Păcura este un subprod us de la distilarea petrolului. Compoz iția elementară a sa depinde de
cea a petrolului brut și de “adâncimea” de extracție de la procesul de distilare. Păcura folosită uzual
în CTE și CET poa te fi cu conținut de Sulf ridicat (> 2%), mediu (0,5÷2%) sau redus (sub 0,5%).

Puterea calorifică superioară a combus tibililor solizi sau lichizi se poate determina pe
cale experimentală, sau prin calcul pornind de la analiza elementară (în procente):

Formu la Mendeleev Hs = 339·C + 1256·H + 109· (S – O) [ kJ/kg]

Conform definiției puterea calorifică inferioară se determină pornind de la cea superioară și
ținând s eama de căldura latentă de condensare a vaporilor de apă (2 509) kJ/kg:

Hi = Hs – 2509· (9·H/100+W/100) [kJ/kg] Formu la Mendeleev
Hi = 339·C + 1256·H + 109· (S – O) – 25,1· (W + 9·H) [kJ/kg]
Pentru combustibilii gazoși compoz iția elementară se exprimă în participații molare:

fH2; fCO; fH2S; fCH4 =
∑
fC4H10; fC5H12; ș.a.m.d.

După sursă
deosebim: Combus tibil
gazos fosil gaze “de sond ă”, asociate zăcămintelor petroliere
gaze naturale din pungi fără hidrocarburi lichide
Combus tibil gazos
din indus trie gaz de cocserie
gaz de furnal
Combus tibil gazos sintetic, obținut din comb. solizi sau lichizi: gaz de gazog en
Biogaz – combus tibil gazos de fermentație

21
Denumi rea Formula Hi [kJ/1m3
N]

j =n
H s = ∑ f j ⋅ Hs
j =1

j =n
H i = ∑ f j ⋅ H i j
j =1 Hidrog en H2 10 742
Oxid de Carbon CO 12 635
Hidrog en sulfurat H2S 23 381
Metan CH4 35 707
Etan C2H6 63 572
Propan C3H8 91 023
Butan C4H10 118 339
Pentan C5H12 145 767
Etilen C2H4 59 461
Prop ilen C3H6 86 402
Compoz iția combus tibililor gazo și variază mult în funcție de sursă. În afară de gaze
combus tibile ei pot să conțină și gaze care nu participă la ardere (N2; CO2, ș.a.). În plus:
comb. gazo și “indus triali” (gaze de cocs, de furnal etc.) conțin particule solide, din care unele pot fi
combus tibile; compoz iția la utilizare poate să difere în raport cu cea de la sursă.

În calcule acești combu stibili sunt tratați ca amestecuri de gaze. Puterile calorifice superioară
și inferioară ale amestecului se determină ca medii aritmetice ponderate ale puterilor calorifice ale
compon entelor:
• fiecare compo nentă este luată cu pond erea molară în amestec;
• pentru fiecare compo nentă Hi și Hs se rapor tează la 1m3
N, iar rezultatul se obține în aceeași UM;
• valorile Hi și Hs pe componente sunt determinate exact, experimental;
• compon entele necombus tibile se iau cu puteri calorifice nule.

Compon entele care prezintă “pericol” ecologic sunt C (din CO2, CO și hidrocarbur i) și S
(din H2S).

Necesarul de aer de ardere și produ cția specifică de gaze de ardere “umede” și “uscate”,
exprimate în m3
N de aer (sau de g.a.) pe 1m3
N de combus tibil gazos se determină tot pornind de la
ecuațiile de ardere pe compon ente, apoi se face media aritmetică pond erată molar, pentru amestec.

Noxe de ardere – totalitatea noxelor legate de procesul de combustie.
Mărimea noxelor de ardere este puternic influențată de:
calitatea combus tibilului;
tipul tehnologiei de ardere;
folosirea instalațiilor de reținere a noxelor.

Din punct de vedere al calității combus tibilului, mărimile cele mai impor tante sunt:

Hi – puterea calorifică inferioară;
C – conținutul de carbon depind de compoz iția elementară
S – conținutul de sulf
A–conținutul de substanță anorgan ică

22

[
]- cantitatea de aer rezultata in urma arderii stoechiometrice
[
]- cantitatea de gaze de ardere uscate rezultata in urma arderii stoechiometrice
[
]- cantitatea de g.a. umede rezultate in urma arderii stoechiometrice

Atât concentrațiile de noxe cât și factorii de emisie sunt rapoar te între fluxuri dar fiecare din
fluxurile de la numărător și numitor este propor țional cu debitul de combus tibil. Acesta permite ca
în expresia concentrațiilor și factorilor de emisie să nu intervină elemente legate de mărimea
instalației.

Factorul de emisie de NO x și concentrația de NO x în gaz ele de ardere la emisie.

Azotul ce se transformă în NOx poate pro veni din compon ența organ ică a combus tibililor solizi sau
din aer. Cea mai mare parte a NOx din ardere este sub formă de NO. După mecanismele de
formare a NO deosebim:
NO termic – format în flacără prin oxidarea moleculelor de N2 din aer.
Necesită un aport energetic pentru a rupe moleculele de N2. Formar ea NOtermic este intensificată la
T de ordinul a 1500 K. În plus produ cția de NOtermic este propor țională cu rădăcina pătrată a
concentrației O2.
NO din combustibil sau “pro mpt” – format prin oxidarea Norganic din combus tibil.
Deși mecanismele de producere sunt mai puțin stăpânite matematic, este general admis că NO din
combus tibil se produ ce și la temperaturi mai mici de combus tie. Cantitatea de NO crește cu
procentul de Norganic și cu concentrația în O2 din flacără, fiind mai puțin dependentă de temperatură.
NO precoce – rezultă dintr-o combinație a proceselor de mai sus și produce o fracțiune mică de
NO.
NO 2 și N2O sunt forme de NOx a căror produ cție la ardere este neglijabilă. În plus durata de viață a
N2O la temperaturi sub 1500 K este de 10 ms.

În aceste condiții compoziția combus tibilului influențează în mult mai mică măsură
produ cția de NOx, factorul de emisie și concentrația de noxe, prepond erentă fiind tehnologia de
ardere. Cum pentru oxidarea azotului trebuie să se îndeplinească simultan două condiții:
• atmosferă boga tă în oxigen;
• temperatură ridicată de lucru;
Tehnologia de ardere trebuie să se asigure:
♦ un exces mic de aer în zonele cu temperaturi mari;
♦ temperatură redusă în zonele cu exces mai mare de aer.

Tipurile de măsuri pentru reducerea noxelor de ardere:

a) Clasificare după modul de acțiune:
– măsuri care elimină sau reduc producția unor noxe prin alegerea para metrilor și tehnologiilor
avantajoase (utilizarea de arzătoare cu NO x redus);
– măsuri pentru reținerea noxelor în procesul tehnologic sau pe conturul dintre acestea și mediu
(reținere cenușă zburătoare);
– măsuri de neutralizare a unor noxe și transformar ea lor în substanțe nepericuloase; ele se
combină cu cele de reținere;
– măsuri de dispersie a noxelor emise pentru a minimiza efectul la imisie (folosirea coșurilor cât mai
înalte);
– măsuri de stocare temporară în condiții controlate a noxelor reținute, neutralizate.

23

b) Clasificare după locul în care intervin măsurile de reducere a noxelor în raport cu procesul
tehnologic:
măsuri primare:
• care intervin în amon te de procesul de ardere și se referă la elemente care țin de
compoz iția combus tibilului;
• care intervin în cadrul procesului de ardere și se referă la alegerea unor tehnologii adecvate
tipului de combustibil și centralei.
masuri secundar e: care intervin înainte de eliminarea fluxurilor mari de masă către mediul amb iant
și care se bazează pe tehnologii de reținere, neutralizare.
măsuri terțiare: care intervin în faza de dispersie în mediu a noxelor care nu au fost reținute și
stocare controlată a noxelor care au fost reținute.

1.Măsuri “primare” de reducere a noxelor de ardere.

Măsuri primare, ce se referă la îmbunătățirea calității combustibilil or, prin tratarea acestora

Tipurile de măsuri trebuie corelate cu combus tibilul utilizat:

La combustibilul gazos se justifică pretratarea numai în cazul unor surse boga te în sulf
organ ic (H2S); este mai eficientă reținerea S din combus tibil decât din gazele de ardere, în plus se
reduc efectele corozive.
Pentru păcură se poate justifica tratarea în vederea desulfurării în special la sorturile
cu conținut mare de S. Procedeele de desulfurare sunt relativ scumpe și ridică prețul pe tonă cu
valori de ordinul zecilor de $. Costul desulfurării unei tone de păcură este aprop iat de diferența de
preț dintre păcura cu conținut redus de sulf și cea sulfuroas ă. Desulfurarea se poate face la surs ă
(rafinărie) sau la centrală.
Pentru cărbune se pot aplica procedee fizice care să micșoreze conținutul de
substanțe anorgan ice (prin sortare pe ciururi vibratoare s au rotative; prin spălare) sau procedee care
să reducă umiditatea (prin stocare bună sau prin uscare în afara sălii cazanelor> preuscare a
cărbunelui). Aceste procedee duc la creșterea Hi și la reducerea masei orare de combus tibil la aceeași
produ cție de electricitate.

Observații:
În cazul sortării cărbunelui pe ciur, în fracția care se separă există compon ente
combus tibile care se pierd. La spălare umiditatea combus tibilului crește.
Căldura pentru preuscare provine din ciclul termodinamic, în timp ce la uscarea în mori pro vine
direct din cazan. La preuscare separată de cea din mori se pierd volatile.
D.p.d. v. al instalațiilor centralei măsurile descrise pot necesita adap tări în gospod ăria de
combus tibil.

Tehnologii de ardere

Tehnologiile de ardere se aleg în funcție de tipul combus tibilului, de compoz iția și de propr ietățile
sale. Cerințele tehnice și ecologice pentru aceste tehnologii sunt:
• atingerea temperaturii de inflamab ilitate a combus tibilului de bază 18;
• realizarea unei supra fețe de contact cât mai mari între combus tibil și comburant 19;
• asigurar ea unui timp suficient de remanență a combus tibilului în zona de ardere;
• arderea să fie completă atât din punct de vedere “chimic” 20 cât și “fizic” 21;
• produs ele de ardere să nu fie nocive;

24

• cantitatea de aer să fie apropiată de necesarul pentru arderea stoechiometrică, dar mai mare 22.

Principalii param etri care definesc aceste tehnologiile de ardere sunt:
 modul de “fragm entare” a combus tibilului (amestec turbulent – pentru gaze, pulverizare –
pentru comb. lichid, tăiere, sfărâmar e, concasare sau măcinare- pentru comb. solizi);
 coeficientul “optim” de exces de aer, în raport cu necesarul pentru ardere stoechiometrică;
 forma flăcării, modul de asigurare a timpului de remanență a combus tibilului în flacără;
 modul de evacuare a produselor de ardere (în special a celor solide).

Exemple de tehnologii de ard ere

Aer sec. Aer sec.
Comb.

Aer secundar

Zgura

Aer primar

Comb.

Cenușă

Aer
Arderea pe grătar a combus tibililor solizi cu
granu lație mare sau medie. Necesită un coeficient mare
de exces de aer, realizat prin introducerea aerului în trepte
(aer “primar” – pe sub grătar și aer secundar – pe lângă
grătar și/sau pe deasupra a cestuia). Zgura se evacuează
de la partea inferioară a grătarului, sau chiar de sub grătar.
Timpul de remanență pe grătar este bun, totuși apar
nearse în zgură. Se folosește la cazane mici și cel mult
medii și la incineratoare de deșeuri. Temperaturile reduse de
ardere coboar ă producția de NOx. Pentru combus tibilii
inferiori se poate folosi si un combus tibil supor t. Arderea în pat fluidizat a combus tibililor
solizi de granu lație mică. Menținerea în sus tentație se
realizează prin introducerea aerului pe la partea
inferioară, viteza mare de curgere și dimensiunile mai
mici ale granu lelor. Timpul de remanență în strat este
mare, coeficientul de exces de aer e mai mic decât la
arderea pe grătar și nearsele scad. E vacuarea cenușei se
face din stratul de la supra față. Se poate folosi la cazane
medii și mar i, dar nu foarte mari. Temperatura de ard ere
rămâne coborâ tă. Este considerată o tehnologie curată
ecologic. Permite folosirea unor adaosuri pentru
desulfurare.

25

Influența tehnologiilor de ardere asupra emisiilor de noxe.

Aditivarea combustibililor lichizi grei se face în dublu scop:
– Fluidizarea păcurii pentru îmbun ătățirea manipulării și arderii
– Reținerea SO2 în focar și transformar ea sa într-un produs solid netoxic.

În primul caz efectul ecologic se datorează îmbunătățirii arderii și a randam entului
cazanu lui, precum și reducerii nearselor chimice și mecanice.
În al doilea caz se folosesc aditivi cu MgO în stare de pulbere fină, menținută în suspensie. În
focar au loc reacțiile:

MgO + SO 2 ⇒ MgSO 3 (sulfit de magn eziu)
MgO + SO 3 ⇒ MgSO 4 (sulfat de magn eziu).

Coeficientul de reținere realizat este limitat și nu crește semnificativ la mărirea cantității de
aditivi. Concentrația ad itivului în păcură trebuie corelată cu conținutul de sulf al acestuia,
datorită creșterii cheltuielilor cu conținutul de aditivi. Determinări experimentale au arătat că și în
cazul un ei concentrații de MgO în exces în raport cu cea necesară în reacțiile stoechiometrice, cota
care reeacționează rămâne mică.

26

Deoarece la creșteri liniare ale aditivului se obțin efecte tehnice și economice din ce în ce mai
mici se limitează concentrația acestuia în păcură la valori sub stoechiometrice pentru care cota
de reținere a SO2 și SO3 prin reacție cu MgO în focar este de 30÷35 %. Mai mult de jumătate
din MgO nu participă la reacție; el creează numai o anum ită densitate de molecule pe m3 pentru
a mării probab ilitatea de reacție.

Rezultatele obținute depind de tipul sistemului de ardere, temperatura în focar și distribuția ei,
tipul flăcării, excesul de aer, modul de pulverizare al păcurii și amestecul acesteia cu aerul și
aditivul, temperatura peretelui focarului.

Principala m etodă de reținere a SO2 și SO3 în focare cu ardere în pat fluidizat este
amestecarea cărbunelui în concasor cu particule de calcar CaCO3. La temperatura din focar
CaCO3 se descompune :

CaCO3 ⇒ CaO + CO2, iar CaO reacționează cu SO 2 și SO 3:
CaO + SO 2 ⇒ CaSO 3 (reținerea SO 2 în sulfitul de Calciu)
CaO + SO 3 ⇒ CaSO 4 (reținerea SO 3 în sulfatul de Calciu)
⇒ reținerea SO2 în focar și transformar ea sa într-un produs solid netoxic.

Arderea în pat fluidizat face ca particulele de cărbune să rămână un timp îndelungat în zona
de temperatură mare, mărind probab ilitatea de reacție între CaO și gaze.
Coeficientul de reținere în focar a SO2 și SO3 atinge uzual valori de 40÷50 %. Cea mai mare par te
din sulfat și sulfit rămâne sub formă de cenușă reținută în focar, iar partea de cenușă zburătoare se
poate reține ușor în electrofiltru datorită creșterii granu lației acesteia (la măsurile terțiare).

Coeficientul de reținere a substanțelor so lide anorgan ice în focarele cu ardere în pat fluidizat
este mu lt mai bun ca la arderea turbionară, deoarece:
– dimensiunile medii ale particulelor sunt mai mari;
– viteza gazelor de ardere la partea superioară a stratului fluidizat este mai mică decât în
flacăra turbionară (timp mai mare de staționare).

27
Arderea cărbunelui în pat fluidizat contribuie la reducerea noxelor și prin îmbun ătățirea
arderii, a randam entului cazanu lui, precum și prin reducerea nearselor chimice și mecanice.

Măsuri pentru reducerea emisiilor de noxe la arderea pulverizată a cărbunelui.

Reținerea SO2 și SO3 în focar se realizează asemănător cu procedeul de la arderea în pat
fluidizat. Calcarul preconcasat se introduce odată cu cărbunele în mori, unde este uscat și măcinat
până la o granu lație foarte fină. Reacțiile din focar sunt de același tip. Spre deosebire de arderea în
pat fluidizat:
– timpul de staționare în focar este mai mic (reduce probab ilitatea de reacție: ca urmare
coeficientul de reducere a SO2 și SO3 scade la valori sub 25 %.
– granu lația CaSO3 și CaSO4 rezultată din reacții este mult mai fină, iar viteza de circulație a
gazelor este mare.
Pe ansamb lu se mărește antrenarea pulberii solide, odată cu cenușa zburătoare, iar reținerea propr iu-
zisă se va face la electrofiltru.

Reducerea prod ucției de NO x în focar (în raport cu arderea turbionară) la arderea în pat
fluidizat.

Azotul ce se transformă în NO x poate pro veni din compon ența organ ică a combus tibililor
solizi sau d in aer. Pentru oxidarea azotului trebuie să se îndeplinească simultan două condiții:

• Atmosferă boga tă în Oxigen
• Temperatură ridicată de lucru.

Tehnologia de ardere în pat fluidizat asigură un exces redus de aer, în condițiile unei
temperaturi mai mici în zona de combus tie decât la arderea pulverizată, fapt ce scade sensibil
produ cția de NO x.

Intensificarea ard erii a fost o direcție de creștere a temperaturii, de intensificare a transferului
de căldură și de reducere a consumu lui de metal, cu efecte pozitive d.p.d. v. al cazanu lui, dar cu
efecte negative asupra produ cției de NO x.

Avantajul arderii în pat fluidizat în raport cu arderea turbionară a cărbunelui este dat
de reducerea temperaturii în focar prin răcirea patului fluidizat pr in țevi imersate în acesta, produ cția
de NO x scăzând de 3÷5 ori.

Arderea turbionară cu reținerea zgurii în stare lichidă ca metodă de creștere a coeficientului
de reținere în cazan a substanțelor solide anorgan ice.
Pentru cărbuni cu Hi (putere calorifică) suficient de mare temperatura din focar
poate să depășească temperatura de înmuiere a zgurii și cenușii și chiar temperatura de topire a
acesteia. În stare lichidă fenomenele de antrenare sunt mai mici iar fenomenul de adeziune
contribuie la aglomerarea picăturilor mari și la depunerea lor pe pereți. Drenarea zgurii topite se face
gravitațional. Evacuarea lichidă mărește coeficientul de reținere în focar. Dezavantajul constă în
necesitatea realizării unui focar separat nerăcit în care temperatura să fie cât mai aprop iată de cea
teoretică de ardere, în caz contrar temperatura scade ca urmare a radiației spre pereții cu țevi
ecran și nu se poate atinge temperatura de topire a zgurei. Dacă într-un focar clasic se atinge
temperatura de topire a zgurei aceasta ajunge să curgă peste țevile din pâlnia focarului și să se
întărească provocând distrugeri sau blocări de circulație.

Folosirea unui focar separat de înaltă temperatură are câteva dezavantaje funcționale și constructive:

– faptul că focarul este nerăcit impune ca cea mai mare parte a cazanu lui să se dezvolte în
mod convectiv;

28
– pereții focarului trebuie realizați din materiale refractare care să reziste la temperatura de
topire a cenușii, să nu corodeze la curgerea zgurii peste pereți și să ofere o izolație termică bună.
Dezavantajul ecologic este datorat creșterii producției de NO x termic deoarece temperatura de
topire a zgurii este comparab ilă cu cea de oxidare a azotului.

Construcția de arzătoare cu prod ucție redusă de NO x în sisteme de ardere turbionară
pulverizată pentru combustibili gazo și, lichizi și solizi sub formă de praf.
Principiul general folosit pentru reducerea de NO x în ardere turbionară este evitarea
simultaneității celor două condiții enunțate anterior (temperatură ridicată și conținut mare de
Oxigen), în sensul că:
– în nucleul flăcării unde temperatura este foarte ridicată atmosfera trebuie să fie ușor
reducătoare și amestecul (conținutul de Oxigen) să fie sub stoechiometric;
– în zona periferică unde se termină arderea și unde se realizează exces de Oxigen (pentru
ardere completă – ardere supras toechiometrică) temperatura s ă fie mai mică decât cea de oxidare a
azotului (sub cea de formare a NO x termic).

Exemplul din figura de mai sus, care se referă la un arzător de cărbune praf, folosește 4 canale
concentrice:
• Canalul central pentru aerul primar.
• Canalul inelar semicentral pentru aerul (gazele de ardere) de transport și cărbun ele praf
• Canalul inelar semiexterior pentru realizarea unei perdele de separare și răcire din gaze de
ardere recirculate, cu conținut redus de Oxigen și temperatură mică.
• Canalul inelar exterior pentru aerul secundar.

Construcția concretă a arzătoarelor uscate cu conținut redus de NO x trebuie adap tată la tipul
combus tibilului, sistemului de transport (pneumatic, antrenare cu gaze de ardere, aer) etc.

Pentru păcură reducerea produ cției de NO x se mai poate realiza și prin folosirea sistemelor
de pu lverizare cu abur, sau prin pulverizarea amestecului păcură-apă. La temperatura ridicată din
focar, vaporii de apă se combină cu C din coxul păcurii și degajă gaze combus tibile care determină
apariția unei atmosfere reducătoare.

C + H2O ⇒ CO + H2
Folosirea emulsiei apă-păcură are în plus un efect poz itiv prin vaporizarea bruscă a apei.
Construcția de arzătoare cu NO x redus, la ITG:

29

Dificultățile menținerii concentrației de NO x în limite acceptabile la ITG moderne provin din
faptul că:
– prin creșterea continuă a temperaturii în ciclu s-au atins și chiar depășit temperatura de
formare a NO x termic;
– camera de ardere este nerăcită sau slab răcită;
– încărcarea specifică în camera de ardere este foarte mare;
– coeficientul de exces de aer este foarte mare.
Primele sisteme cu NOx redus la camerele de ardere la ITG (indiferent da că ele utilizează
combus tibil gazos sau lichid) au fost de tip umed cu injecție de apă în nucleul flăcării. Dezvoltarea
procedeelor uscate pentru cazanele energetice au condus la aplicarea oxidării în trepte și la
camerele de ardere ale ITG, în construcții de tip DLN (Dry Low NO x).
Arderea cu trepte de combustibil și comburant (aer) se bazează pe realizarea unui
zone intermediare, cu exces de combus tibil, în care NOx-ul, deja format în urma arderii, să se reducă
la azot molecular. Mediul reducător se realizează cu ajutorul radicalilor de hidrocarburi proveniți
din descompun erea combustibilului. Prin urmar e, combus tibilul trebuie introdus în două trepte, cea
de-a doua treaptă având rolul de a forma mediul reducător pentru NOx-ul format anterior. Pentru a
limita formar ea de NOx și în prima zonă de injecție a combus tibilului, excesul de aer va fi mai mic
decât cel necesar arderii complete. Pentru a oxida combus tibilul nears, rămas din prima zonă de
injecție, precum și pe cel introdus în cea de-a doua zonă, este necesară existența unei a treia zone în
care să se introducă aerul necesar pentru arderea completă a combustibilului. Astfel, zona de
reducere a NOx-ului devine o zonă intermediară.

Cele trei zone forma te, prin aplicarea procedeului de ardere cu trepte de combus tibil și combura nt
(aer), se remarcă prin următoarele:

I. În prima zonă se arde combus tibil într-un mediu ușor oxidant. Cantitatea de combus tibil injectat în
această zonă dezvoltă prin ardere circa (80 ÷ 85) % din puterea termică totală. În urma ard erii
rezultă NOx. Cantitatea de NOx forma tă este cu atât mai mică cu cât pond erea puterii termice
dezvoltate prin ardere este mai mică față de puterea termică totală. Pentru a reduce formar ea de
NOx se introduce un exces de aer mai mic decât cel necesar pentru arderea completă a
combus tibilului. Aceasta face ca, la ieșirea din această zonă, să existe o cotă mică de combus tibil
nears. Cu cât excesul de aer este mai mare decât cel stoechiometric, cu atât cantitatea de NOx
rezultată în urma arderii este mai mare. Arzătoarele folosite pot fi obișnuite sau cu NOx redus. Prin
folosirea arzătoarelor cu NOx redus se combină, practic, două măsuri primare de reducere a NOx. În
principiu, orice tip de combus tibil fosil poate fi ars prin acest procedeu.

30

II. La intrarea în cea de-a doua zonă se injectează doar combus tibilul complementar, formându -se o
zonă cu exces de combustibil. Se creează astfel un ușor deficit de aer (de oxigen), ce dă naștere la un
mediu reducător. Aici, NOx-ul format în prima zonă se reduce, în prezența radicalilor de
hidrocarbur i, în compu și ai azotului (HCN, NHx), iar apoi în azot. Pentru a diminua formar ea de NOx
după prima zonă, ar fi bine ca la intrarea în cea de-a doua zonă combus tibilul suplimentar să nu
conțină azot (sau să fie cât mai puțin). Chiar dacă reacțiile elementare din zona de reducere
sunt foarte multe (peste 200), datorită faptului că sunt extrem de rapide timpul de staționare a gazelor
de ardere în această zonă depinde efectiv de viteza de amestec între acestea și combus tibilul injectat.
Cu cât această viteză este mai mare, cu atât timpul de staționare este mai mic și înălțimea acestei
zone scade. Prin urmar e, combus tibilul complementar ideal este gazul natural. Chiar dacă prețul
gazu lui natural este ridicat, în compara ție cu păcura grea sau cărbunele, totuși, pe lângă faptul că
respectă integral condițiile anterioare, acesta are și alte avantaje: nu conține sulf și nici substanțe
anorgan ice. Mai mult, cantitatea de căldură dezvoltată de combus tibilul complementar reprezintă
doar (15 ÷ 20) % din puterea termică totală. Păcura ușoară este, de asemenea, de preferat în locul
păcurii grele sau a cărbunelui.

III. La intrarea în cea de-a treia zonă se introduce restul de aer, astfel încât să se atingă excesul de
aer dorit. În această zonă se completează arderea hidrocarbur ilor nearse și a CO. În prezența aerului,
azotul rezidual (rămas din prima zonă) se poate transforma în NO. Chiar dacă în zona a doua se
reduce circa (70 ÷ 80) % din NOx-ul format în prima zon ă, totuși NO format în cea de-a treia zonă
scade rata generală de reducere a NOx, prin acest procedeu, la circa (50 ÷ 60) %.

Acest procedeu se poate aplica atât la generatoarele de abur noi, cât și la cele retehnologizate.

În concluzie, arderea cu trepte de combus tibil presupune împărțirea procesului de ardere în trei zon e.
NOx-ul format în prima zon ă (de ardere pr incipală), în care are loc o ardere ob ișnuită, este redus la
azot molecular în cea de-a doua zonă (de reducere a NOx), prin injecție de combus tibil. Ard erea se
finalizează în zona a treia (de completare a arderii), prin injectarea restului de aer necesar arderii

31
întregii cantității de combus tibil.

Gazeificarea combustibililor inferiori ca metodă de reducere a impactului CTE asupra mediului
(măsură primară de reducere a noxelor de ardere)

Gazeificarea este un proces fizico-chimic ce are loc la temperatură ridicată și controlată într-
un m ediu substoechiometric d.p.d. v. al conținutului de oxigen și bogat în vapori de apă.
Scopul gaz eificării este obținerea unui combus tibil gazos pornind de la combus tibilul greu.

Exemple de reacții:
C + 1 O2 ⇒ CO
2
C + H2O ⇒ CO +H2

D.p.d. v. al schimbur ilor de energie cu exteriorul în cazul gazeificării apar atât reacții
exoterme cât și endoterme. Pentru anclanșarea reacției este nevoie de aport de căldură din exterior,
după care pr in echilibrul d intre reacțiile exoterme și endoterme temperatura în reactorul de
gazeificare poate ajunge la valoarea optimizată pentru proces.

D.p.d. v. energetic ,orice reactor de gazeificare este caracterizat printr-un randam ent
subun itar și are pierderi de tipul celor de la cazan: radiație, convecție, nearse chimic;
în gazeificator se rețin substanțele provenite din par tea anorgan ică a combus tibilului; totuși există și
antrenări;
dintre substanțele organ ice, majoritatea trec în gazul de gazog en;

D.p.d. v. al tipurilor de procese de gazeificare se pot face clasificări după:

a) presiune:
– sub presiune mare
– sub ușoară suprapr esiune
b) comburan tul folosit:
– aer
– oxigen
c) procedeul folosit pentru a menține par ticulele de combus tibil greu în fluxul de comburant și apă:
– pe grătar fix
– pe grătare mobile
– în pat fluidizat
– în stare pulverizată

Calitatea gazului de gazogen depinde de compoziția elementară a combus tibilului și de
tipul procesului utilizat.

32
Principalele avantaje ecologice ale gazeificării sunt legate de:

 posibilitatea folosirii gazu lui de gazog en în special când este produs la presiune mare în
cadrul unor tehnologii de conversie a energiei cu randamente bun e, care reduc factorul de
emisie pe un itatea de energie utilă, de exemplu: ciclul combinat gaze-abur oferă randam ente
mari, suficiente să compenseze pierderile reactorului de gazeificare.
 simplificarea problemelor de reținere și evacuare a produs elor solide pro venite
din compon entele anorgan ice (zgură și cenușă); aceasta se datorează unor tehnologii de
gazeificare cu antrenare mică. Partea antrenată sub formă de cenușă zburătoare în gazul de
gazog en este mai ușor de reținut dintr-un debit mai mic (în raport cu cel al gazelor de
ardere) și volum sp ecific mai mic (corespunzătoare pr esiunii de gazeificare mai înalte).
 posibilitatea desulfurării mai eficiente și mai ieftine în cazul gazu lui de gazog en decât în
cazul gaz elor de ardere (vezi observația de mai sus).

Temperatura de produ cere a gazu lui de gazog en este ridicată; acest lucru face dificilă
filtrarea și desulfurarea. Pentru tratare gazul trebuie răcit până la temperaturi comparab ile cu cele pe
care le au gazele de ardere la capătul rece al cazanu lui. Aceasta se poate realiza prin bucle de răcire-
reîncălzire, sau prin recuperarea căldurii din gazul de gazog en și folosirea ei în ciclul cu abur.

Tendința modernă de integrare a gazeificării în ciclul termod inamic oferă avantaje energetice
și ecologice deoarece:
– aburul folosit la gazeificare poate provenii din ciclul de conversie termod inamică;
– căldura recuperată de la gazeificator se poate folosi în ciclul termod inamic;
– impactul asupra mediului este mai mic decât la o centrală care arde direct cărbunele;
– eficiența econom ică a gazeificării este influențată de calitatea combus tibilului care se
gazeifică; aceasta limitează folosirea ligniților românești.

2.Măs uri “secundare”, bazate pe tehnologii de reținere a noxelor de ardere.

Măsurile secundare se bazează pe reținerea noxelor din gazele de ardere înaintea evacuării lor
în mediu. Ele sunt specifice fiecărei componente ce trebuie reținută, iar cerințele legate de modul de
desfășurare a procesului pot să aibă caracter contradictoriu. Acest ultim fapt influențează schema de
circulație a gazelor de ardere la capătul rece al cazanului.

33

Filtrarea gazelor de ardere are ca scop reținerea cenușii zburătoare.
După principiul de lucru filtrele de cenușă pot fi:
– mecanice
– electrostatice (electrofiltrele).

Filtrarea mecanică “umedă” se bazează pe forțele de adeziune și se realizează trecând g.a. prin
“perdele” de apă (șuvițe sau picături) sau pe lână pereți uzi cu cergere în film. Necesită cantități
mari de apă. În energetică se folosește rar. Există soluții la care filtrarea pe alte principii se combină
cu drenarea umedă.

Filtrarea mecanică “uscată” se poate realiza:
A) în filtre “sac” sau
B) în filtre centrifugale.

A) Filtrele sac sunt realizate din țesături dese din material termorezistent având ochiurile mai mici
decât particulele. Coeficientul de reținere al filtrelor sac este foarte bun, cea ce le face obligatorii în
cazul unor substanțe solide foarte periculoase.

Principalele dezavantaje:
– pierderea mare de presiune în procesul de filtrare trebuie compensată printr-o creștere
suplimentară de presiune în ventilatorul de gaze, mărind astfel consu mul de energie al serviciilor
propr ii;
– înfundar ea filtrului m ărește pierderea de presiune în cursul funcționării și necesită curățare
periodică;
– necesitatea prevederii unor filtre suplimentare aflate în curățire pe perioada în care
celelalte asigură filtrarea.

Toate aceste dezavantaje limitează extinderea acestor filtre pe scară largă. Ca urmar e, deși
filtrele sac au eficiență foarte bună de reținere, acestea se folosesc în special la separar ea produs elor
cu nocivitate mare (de exemplu la reținerea noxelor solide de la incinerarea unor deșeuri organ ice
radioactive).

B) Filtrele centrifugale (ciclon)
– au un corp cilindric cu ax vertical cu intrarea gazelor de ardere
ce conțin cenușă zburătoare pe la partea sup erioară, pe direcție
tangențială. În mișcarea turbionară cenușa se centrifughează. La
atingerea peretelui viteza particulelor s cade și cenușa se
colectează în pâlnia tronconică de la partea inferioară. Gazele de
ardere se extrag central pe direcție verticală.

Filtrul ciclon reține bine particulele de dimensiuni mari, dar nu permite reținerea de particule
foarte mici.Eficiența de reținere a cenușii în filtrele ciclon este suficientă pentru cazane mici și cel
mult medii, dar pierderile de presiune pe partea de gaze de ardere sunt încă mari.
Filtrarea electrostatică a gazelor de ardere este cea mai eficientă și mai răspândită în energetică.

Tensiunile de alimentare sunt de ordinul 30÷70 kV, iar intensitatea câmpu lui electric depășește
100 kV/m și trebuie menținută la limita "conturnării" prin descărcare în gaze, fără scurtcircuitarea
sursei de c.c.

34

Filtrele electrostatice au corp prismatic cu circulație orizontală a gazelor de ardere, prin mai multe
“câmpur i” înseriate.

Elementul adimensional care determină eficiența de reținere este rapor tul între timpul
mediu de staționare a g.a. în E.F. și timpul mediu de depunere a particulelor:

Creșterea acestui raport se poate realiza prin:
 mărirea lungimii filtrului: Lcâmp ∈ (4÷7) m; mărirea numărului de câmpur i: LEF = ncampu ri ⋅ Lcamp ;
 scăderea distanței dintre electrozi: d ∈ (0,2÷ 0,3) m;
 creșterea wdepunere: wdepunere ∈ (0,1÷ 0,2) m/s;
 scăderea vitezei g.a.: wg.a. ∈ (1,5÷ 2,5) m/s.

Obs.: Pentru a crește wdepunere, sisteme moderne utilizează tensiuni de alimentare [kV] cât mai mari.
Pentru a menține intensitatea câmpu lui electric [kV/m] la limita "conturnării", distanța dintre
electrozi „d” [m] va crește cu tensiunea și deci cu wdepunere.
Eficiența de reținere (kreținere) poate depăși 99%.
Principalul avantaj energetic și econom ic este dat de pierderea de presiune foarte mică (mult mai
mică ca la filtrele ciclon), fapt ce reduce consumul suplimentar de energie electrică al ventilatoarelor
de gaze.

Câmpul electric este realizat între electrozii:
♦ negativi, de ionizare, ce au forma unor
sârme sau benzi cu vârfuri (pentru
amplificarea efectului Corona) și
♦ pozitivi, de depunere (realizați sub
forma unor table verticale drepte sau
profilate).

Particulele solide atrase de “table” se d epun.

Drenarea se poate face:
 uscat (prin scuturare);
 umed (prin film de apă).

35

Eficiența electrofiltrului este foarte mare la particule de dimensiuni m ici. Filtrarea
electrostatică permite eficiențe foarte ridicate și încadrar ea concentrației de cenușă zburătoare în cele
mai severe norme ecologice.

Măsuri secundare de reducere a emisiilor de NOx
Reducerea selectivă non-catalitică (SNCR – Selective non-catalytic reduction)

SNCR este un procedeu de reducere a NO x la azot molecular, prin injecția unui reactiv într-o
zonă cu temperatură mare a gazelor de ardere. Acest procedeu nu necesită prezența unui catalizator.
Eficiența este de circa 40 ÷ 60 %.
Reactivul utilizat este amoniacul (NH 3) sau ureea ((NH2)2CO). Amoniacul poate fi anhidru
(NH 3), sau într-o soluție apoasă (NH 4OH) (într-o concentrație de circa 20 ÷ 30 %). Folosirea ca
reactiv a amoniacului anhidru, chiar dacă necesită instalații de utilizare mai mici și prin urmare mai
ieftine, totuși este mai periculos de stocat, de transpo rtat și de utilizat, decât ureea sau hidroxidul de
amoniu NH 4OH (<=> NH 3 + H2O).

Amoniacul reacționează cu NO x-ul din gazele de ardere, rezultând azot molecular și apă:

2 NH 3 + 2 NO + ½ O2 ⇒ 2 N2 + 3 H2O
NO + NO 2 + 2 NH 3 ⇒ 2 N2 + 3 H2O

În cazul utilizării ureei, relația generală este următoarea:

(NH 2)2CO + 2 NO + ½ O2 ⇒ 2 N2 + CO2 + 2 H2O

Pentru ca aceste reacții să aibă loc în bune condiții este necesar ca:

 reactivul să fie injectat în gazele de ardere într-o plajă optimă de temperaturi, de circa
870 ÷ 1100 °C. Acest interval depinde de condițiile de operare și de tipul de reactiv folosit. În
cazul utilizării ureei, intervalul optim de temperaturi este de circa 980 ÷ 1100 °C, în timp ce în
cazul utilizării amoniacului valorile temperaturilor din intervalul optim scad până la circa
870 ÷ 980 °C.
 durata de rezidență al amoniacului în intervalul optim de temperaturi trebuie sa fie suficient
de mare, comparabil cu cel necesar pentru vaporizarea reactivului.
 raportul molar între amoniac și NO x să fie optimizat. Pentru o eficiență ridicată a
procedeului, acesta poate ajunge la valori de circa 1,5 ÷ 2,5.
 injecția de reactiv să se facă ținând cont de faptul că distribuția de NO x variază în
secțiunea transversală a generatorului de abur.

În cazul neîncadrării temperaturii de reacție în intervalul optim, rata de conversie a NO x în N2 se
reduce, astfel:
• Dacă temperatura de reacție este prea mică, rezultă o creștere a cantității de amoniac care nu
reacționează și implicit o pierdere de reactiv. Scăpările de amoniac în mediu trebuie să fie cât
mai reduse, deoarece acesta este nociv. Oricum, concentrația maxim admisă de amoniac este

36
reglementată prin lege. De asemenea, la temperaturi joase (din zona preîncălzitorului de aer),
amoniacul reacționează cu SO3 producând săruri de amoniu (sulfatul de amoniu (NH 4)2SO4 și/sau
bisulfatul de amoniu NH 4HSO4), care se depun pe suprafețele de schimb de căldură.
• Dacă temperatura de reacție este prea mare, are loc o descompunere termică a amoniacului.
Reacția de oxidare, nedorită, duce la formarea de NO:
4 NH 3 + 5 O2 ⇒ 4 NO + 6 H2O

Cu cât durata de rezidență al amoniacului în intervalul optim de temperaturi este mai mare, cu
atât rata de conversie a NOx crește. Dacă timpul de rezidență depășește 1 s, atunci reacțiile de
reducere au loc în cele mai bune condiții. Totuși, durata necesară de rezidență se situează în
intervalul
0,2 ÷ 0,5 s.

Cu cât raportul molar între NH 3 și NO x este mai mare, cu atât crește probabilitatea de reacție
și prin urmare și rata de conversie a NO x. Totuși, un raport molar prea ridicat mărește de
asemenea și pierderile de amoniac. Pe de altă parte, dacă proporția molară între amoniac și NO x este
prea mică, eficiența procedeului scade, o cantitate mare de NOx neparticipând la reacții.

În exploatare, la variația încărcării sau a calității combustibilului, se modifică atât distribuția
de temperaturi în lungul generatorului de abur cât și cantitatea de NO x. Prin urmare, intervalul
optim de temperaturi se deplasează. Pentru a menține injecția de reactant în intervalul op tim se poate
adopta una din următoarele soluții:
Realizarea mai multor nivele de injecție de reactiv de-a lungul generatorului de abur (vezi figura
de mai jos). În acest mod, la reducerea sarcinii și implicit a temperaturii gazelor de ardere în dreptul
injectorului de reactiv în funcțiune, acesta se va putea opri și se va pune în funcțiune n ivelul de
injecție inferior (mai apropiat de focar). De asemenea, la variația cantității de NOx se va modifica
corespun zător debitul de reactiv, astfel încât raportul molar între reactiv și NO x să rămână în
intervalul optim. Această soluție este cea mai folosită. În general se folosesc 2 sau 3 nivele de
injecție de reactiv. In sistemul de distribuție al reactivului (vezi figura), apa este folosită ca agent de
diluție pentru a îmbunătății amestecul între gazele de ardere și reactiv, iar aerul ca agent motor. Atât
presiunea apei, cât și cea a aerului sunt reglate în timpul funcționării.
Adăugarea anumitor aditivi (hidrocarburi, peroxid de hidrogen (H2O2), CO sau anumiți alcooli)
permite funcționarea la temperaturi mai coborâte cu circa 100 ÷ 200 °C. Astfel, reacțiile au loc în
condiții optime și la scăderea sarcinii. Dezavantajul îl reprezintă producția sup limentară de CO,
rezultată din introducerea ca atare a acestuia ca aditiv sau din utilizarea în același scop a
hidrocarburilor. Această soluție se aplică în special atunci când, din anumite motive, ce țin în special
de construcția generatorului de abur sau de condițiile dificile de exploatare, nu se poate aplica prima
soluție.

37

Injectoarele sunt de două tipuri: lance și de perete. Cele de tip lance sunt lungi și asigură
injecția de reactiv in zona din centru a traseului de gaze de ardere, iar cele de perete sunt scurte și
asigură injecția în imediata vecinătate a peretelui generatorului de abur. Injectoarele de tip lance,
având în vedere că se află pe traseul gazelor de ardere, trebuie răcite. Răcirea acestora se poate face
cu abur, apă, aer sau glicol. Ambele tipuri de injectoare sunt plasate pe mecanisme retractabile.
Acestea se retrag automat în cazul în care, în zona deservită de ele, temperatura gazelor de ardere
scade sub cea din intervalul optim. În același timp sunt introduse în generatorul de abur injectoarele
aflate pe nivelul din dreptul noii zone de optim de temperaturi.

Procedeul SNCR se poate aplica, atât la centralele noi, cât mai ales la cele retehnologizate. De
asemenea acesta se poate folosi în același timp cu alte metode de reducere a NO x. Investiția este
mică (nu există catalizator) și se poate pune în aplicare într-un timp scurt.

Reducerea selectivă catalitică (SCR – Selective catalytic reduction)

SCR este un procedeu de reducere a NO x la N2 și H2O, prin injecția de reactiv în gazele de
ardere, în prezența unui catalizator. Agentul reducător (reactivul) este injectat în gazele de ardere
înaintea catalizatorului. Ca și în cazul SNCR, acesta poate fi amoniacul sau ureea. Eficiența
procedeului po ate depăși 80 ÷ 90 %.

Reactivul cel mai folosit este amoniacul (NH 3), însă, datorită prezenței catalizatorului, acesta
se injectează în zone cu temperaturi mai mici ale gazelor de ardere, în comparație cu cele cerute de
procedeul SNCR (de asemenea, ca și la SNCR, se poate folosi ureea). Amoniacul reacționează cu
NO x-ul din gazele de ardere pe suprafața catalizatorului, rezultând azot molecular și apă:
2 NH 3 + 2 NO + ½ O2 ⇒ 2 N2 + 3 H2O
NO + NO 2 + 2 NH 3 ⇒ 2 N2 + 3 H2O

Pentru ca aceste reacții să aibă loc în bune condiții este necesar ca: reactivul să fie injectat în
gazele de ardere într-o interval optim de temperaturi. Acest interval depinde de tipul de catalizator
dar și de tipul de combustibil utilizat și prin urmare de compoziția gazelor de ardere. Pentru o
eficiență foarte bună, intervalul optim de temperaturi este de circa 320 ÷ 420 °C, la arderea
combustibilului solid (în cazul gazului natural acest interval se reduce). Totuși, dacă se acceptă
eficiențe mai mici ale procedeului, limit a inferioară a intervalului po ate să scadă. Astfel, pentru o
temperatură minimă de 260 °C eficiența poate să scadă până la valori de circa 75 ÷ 80 %, la arderea

38
combustibilului solid, agentul reducător (reactivul) să fie injectat la o distanță suficient de mare de
catalizator, astfel încât să se realizeze un bun amestec între reactiv și gazele de ardere, raportul molar
între NH 3 și NO x să fie optimizat. Acesta trebuie să aibă o valoare în jur de 0,95, d ar mai mică de
1,1.

La mărirea raportului molar între NH 3 și Nox ‚ scăpările de amoniac cresc practic
exponențial, creșterea bruscă înregistrându-se la valori de peste 0,95 a raportului molar; eficiența
procedeului crește liniar până la valori ale raportului molar de circa 0,95 ÷ 1, dar se aplatizează
puternic peste acestea.

În generatorul de abur, temperatura gazelor de ardere se află în interval optim înainte de
preîncălzitorul de aer. Astfel, instalația SCR se va amplasa între economizor și preîncălzitorul de
aer. La sarcini parțiale, temperatura gazelor de ardere scade sub cea din intervalul optim. Pentru a
menține ridicată eficiența procedeului, se realizează un canal de by-pass (ocolire) pe economizor.
La scăderea temperaturii, o cotă din debitul de gaze de ardere este preluată de la intrarea în
economizor și introdusă la ieșirea din acesta (și intrarea în SCR ). Astfel, temperatura gazelor de
ardere este menținută în intervalul optim în instalația SCR .

Efectele negative asupra catalizatorului:
• otrăvirea de către:
– cenușa zburătoare (datorită prezenței metalelor alcaline: Ca, Na și K, existente sub formă de
CaO, Na2O și K2O, în cenușa zburătoare),
– As2O3 (trioxidul de Arsen / arsenic),
– gazele de ardere acide (care conțin: SO3, etc.);
• colmatarea canalelor catalizatorului cu cenușă zburătoare;
• eroziunea cu cenușă zburătoare.
Prin urmare, durata de viață și performanțele catalizatorului depind în mod direct de concentrația de
cenușă din gazele de ardere și de compoziția acesteia.

Metode de diminuare a efectelor negative asupra catalizatorului:
• după o anumită perioadă de timp catalizatorul trebuie înlocuit (sau regenerat), deoarece
otrăvirea acestuia duce la dezactivare;
• utilizarea de suflante cu abur (și/sau generatoare acustice) pentru îndepărtarea cenușii depuse pe
catalizator (în special la viteze reduse ale gazelor de ardere și concentrații mari de cenușă
zburătoare);
• realizarea unui strat protector pe muchiile catalizatorului, pentru a reduce efectele eroziunii cu
cenușă zburătoare.

Prezența catalizatorului crește rata de oxidare a SO2 în SO3. Amoniacul reacționează
cu SO3 producând săruri de amoniu, care se pot depune pe suprafețele de schimb de căldură din aval
de catalizator, sau chiar pe acesta.Prezența CaO în cenușa zburătoare poate dezactiva
catalizatorul, dacă reacționează cu SO3 și formează CaSO4: CaO + SO3 ⇒ CaSO4.
Chiar dacă CaO este prins în porii de pe suprafața catalizatorului, NH 3 și NO x pot
reacționa, dar dacă gazele de ardere conțin SO3, în urma formării de CaSO4, porii sunt astupații în
întregime și NH 3 și NO x nu mai pot reacționa.

39

Din punct de vedere al formei geometrice,
catalizatorii utilizați în CTE sunt în general de
tip fagure sau placă. Cei de tip fagure au
pierderi mai mari de presiune, dar prezintă o
activitate catalitică mai bună în comparație cu
cei de tip placă. Catalizatorii de tip placă sunt
de preferat în mediu cu o cantitate mare de praf,
de exemplu atunci când instalația SCR este
amplasată înainte de filtrul de pulberi, iar gazele
de ardere conțin o concentrație mare de cenușă.

a) b)
Catalizatori de tip a) fagure și b) placă Structura catalizatorului SCR de tip fagure

Catalizatorii cei mai folosiți în CTE pe cărbune sunt ceramici. Aceștia sunt realizați din oxizi
de metale grele, pe bază de dioxid de Titan (TiO2), iar ca substanță activă se folosește, în principal,
pentaoxidul de Vanadiu (V2O5), rezultând catalizator cu compoziția: V2O5/TiO2. Pentru a mării
plaja optimă de temperaturi, V2O5 se folosește împreună cu trioxidul de Tungsten (WO3). Astfel
catalizatorul va avea următoarea compoziție de bază: V2O5•WO3/TiO2 (prescurtat: TiO2-V-W sau
V-W/Ti). Pentru a rezista cât mai bine catalizatorul la acțiunea As2O3 (trioxidul de Arsen), în loc
WO3 se poate folosi trioxidul de Molibden (MoO 3), rezultând V2O5•MoO3/TiO2. Catalizatorii pe
bază de metale grele pot fi folosiți în zone cu temperaturi ale gazelor de ardere de valori medii, în
general cuprinse între 260 ÷ 420 °C.

La temperaturi mari, de circa 340 ÷ 590 °C, se pot folosi și catalizatori pe bază de
zeoliți. De asemenea, se mai pot utiliza și alte compoziții pentru catalizatori.

Instalația SCR se poate amplasa:
 înainte de filtrul de pulberi (electrofiltru) și de preîncălzitorul de aer → SCR în mediu
cu conținut ridicat de particule („SCR -High-Dust”)
 după filtrul de pulberi și înainte de preîncălzitorul de aer → SCR în mediu cu conținut
scăzut de particule („SCR – Low-Dust”)
 după preîncălzitorul de aer → SCR ca sistem final de reținere noxe („SCR -Tail-End”), de
asemenea în mediu cu conținut scăzut de particule.

Cel mai folosit mod de amplasare al catalizatorului este: SCR -High-Dust. Dezavantajul
acestui sistem este dat de expunerea directă la cenușa din gazele de ardere. De asemenea concentrația

40
de amoniac în cenușă este mare, făcând-o dificil de valorificat (acolo unde se dorește acest lucru). Se
impun măsuri de limit are a efectelor negative date de prezența cenușii în gazele de ardere, cum ar fi:
– folosirea unui cărbune cu un conținut scăzut de anorganic;
– utilizarea de suflante cu abur pentru îndepărtarea cenușii depuse pe catalizator;
– amplasarea verticală a catalizatorului, astfel încât particulele de praf să „cadă” gravitațional;
– mărirea spațiului între plăcile catalizatorului (concomitent cu mărirea corespun zătoare a
lungimii acestora), în cazul utilizării catalizatorilor de tip placă, în funcție de mărimea particulelor de
praf; etc..

În figura de mai sus se prezintă o schemă de amplasare a SCR în mediu cu conținut ridicat de
particule („SCR -High-Dust”). Amoniacul lichid se vaporizează prin aport extern de căldură în
„Evaporator NH 3”, utilizând ca agent de încălzire apa fierbinte sau aburul, care cedează căldura prin
intermediul unui schimbător de căldură de suprafață. Vaporii de amoniac se diluează cu aer, iar apoi
amestecul (format în „Camera de amestec”) este injectat înainte de catalizatorul SCR . Concentrația
de NH 3 în aerul de diluție trebuie să fie de sub 15 %, având în vedere că peste această valoare (în
intervalul 15 ÷ 27 %) amestecul este exploziv. Între locul de injecție și catalizator există un sistem
de amestec, pentru a realiza omogenizarea între amoniac și gazele de ardere. În schema de mai sus
este figurate atât ocolirea (by-pass) economizorului, pentru reglarea temperaturii gazelor de ardere
la intrarea în SCR , cât și ocolirea SCR (opțională), folosită la pornire și la funcționarea în regimuri
nerecomandate pentru catalizator.
Sistemul „SCR-Low-Dust” se utilizează pentru a feri catalizatorul de eroziune și colmatare.
Dezavantajul utilizării acestui tip de amplasament este dat de necesitatea utilizării unui electofiltru
de înaltă temperatură, cu circa 50 % mai scump decât cel obișnuit. Acesta se va amplasa amonte de
de-NO x–ator. Preîncălzitorul de aer regenerativ (PAR) se va monta după dispozitivul de reducere a
NO x, iar ultimul aparat de curățare a gazelor de ardere va fi desulfuratorul (scruberul).

41

Sistemul „SCR -Tail-End” se utilizează în special la retehnologizarea CET, atunci când nu
există suficient de mult spațiu între generatorul de abur și preîncălzitorul de aer pentru aplicarea
sistemului „SCR-High-Dust”, sau dacă acesta din urmă necesită o investiție prea mare. Oricum,
sistemul „SCR-High-Dust” este mult mai ieftin de implementat dacă se utilizează din faza de proiect
a centralei, decât dacă se folosește la retehnologizare. Dezavantajul sistemului „SCR -Tail-End” este
dat de faptul că, datorită amplasării acestuia în zona de temperaturi mici a gazelor de ardere (înainte
de evacuarea la coș), acestea trebuiesc reîncălzite, pentru a le aduce în intervalul de temperaturi
cerut de catalizator. Încălzirea gazelor de ardere se poate face cu ajutorul aburului din ciclul
termodinamic și/sau prin arderea unui combustibil curat (gaz natural). Pentru a se recupera o parte
din căldura primită de la „încălzitorul de gaze de ardere” se introduce în circuit un „preîncălzitor
gaz-gaz”. Astfel, creșterea de temperatură dată de „încălzitorul de gaze de ardere” va fi comparabilă
cu diferența de temperatură între gazele din „preîncălzitorul gaz-gaz, adică aproximativ 30 °C.

SCR ca sistem final de reținere noxe („SCR-Tail-End”)

În absența SO3 în gazele de ardere, la arderea în generatorul de abur a gazului natural,
intervalul de temperaturi de operare pentru SCR poate să scadă până la 205 ÷ 400 °C, iar
catalizatorul poate fi realizat din cărbune activ.
Este de menționat faptul că scăpările de amoniac în cadrul sistemului SCR sunt mai
mici de 10 ppmv, față de 15 ÷ 27 pp mv întâlnite la aplicarea procedeului SNCR. Datorită costurilor
mari ale procedeului SCR , acesta se aplică numai dacă măsurile primare de reducere a NO x, sau

42
aplicarea procedeului SNCR, nu pot încadra centrala în normele de mediu.

Măsuri secundare de reducere a emisiilor de SO2 – desulfurarea gazelor de ardere înainte de
evacuarea la coș
Desulfurarea “semiumedă”

În cadrul acestui procedeu se pulverizează un agent de absorbție a SO2 în gazele de ardere.
Acesta poate fi un compus al Calciului (varul stins – Ca(OH)2) sau al Sodiului (bicarbonat de sodiu –
NaHCO3). Chiar dacă compușii Sodiului oferă o reactivitate mai bună decât cei ai Calciului, totuși,
prețul ridicat îi dezavantajează foarte mult. Astfel, în majoritatea cazurilor, se preferă compuși ai
Calciului. Dintre compușii Calcarului, în cadrul desulfurării semiuscate, hidroxidul de Calciu (varul
stins) se preferă în locul calcarului (CaCO3) datorită reactivității mai mari, chiar dacă este mai
scump. Umidificarea Ca(OH)2 crește și mai mult reactivitatea acestuia. Astfel, varul stins se
injectează în gazele de ardere împreună cu apa. Pentru a crește probabilitatea de reacție a Ca(OH)2
cu SO2 și prin urmare eficiența procedeului, suspensia de var este pulverizată într-o dispersie
extrem de fină. Cu cât pierderea de presiune pe pulverizator este mai mare, cu atât picăturile
formate sunt mai mici și dispersia mai bun ă.
Este de menționat faptul că, în cazul folosirii bicarbonatului de sodiu, acesta se intoduce ca atare
(neumidificat) în gazele de ardere, datorită reactivității ridicate.

Temperatura gazelor de ardere trebuie să fie într-un interval optim de circa 150 ÷ 170 °C.
Apa din susp ensia de var vaporizează datorită temperaturii relativ ridicate a gazelor de ardere, iar cea
care rămâne pe suspensia solidă de reactiv îmbunătățește reactivitatea acestuia. Produș ii de reacție
sunt sub formă de pulberi uscate. Aceștia trebuie reținuți, prin urmare este necesară utilizarea unui
filtru aval de absorber. Filtru de pulberi poate fi de tip: filtru sac sau electrofiltru. Se poate folosi un
filtru de pulberi și amonte de absorber. De asemenea, se poate opta pentru recircularea
parțială a pu lberilor captate în filtru (vezi figura de mai jos), deoarece acestea conțin reactiv
neutilizat.

Eficiența procedeului este de circa 70 ÷ 90 %, prin urmare este mai mare față de cea a
procedeului uscat (pentru aceeași cantitate de reactiv), dar mai mică față de cea a procedeului umed.
Folosirea procedeului semiumed implică costuri de investiție mai mari față de procedeul uscat, dar
mai mici în comparație cu procedeul umed. Procedeul semiumed ocupă locul al doilea, din pun ct de
vedere al răspândirii pe plan mondial, după cel umed. După desulfurare, gazele de ardere nu
trebuiesc reîncălzite, așa cum se întâmplă, în general, în cazul procedeului umed. Totuși,
unul din dezavantajele procedeului semiumed fata de cel umed este dat de faptul ca produs ii de
reactie sunt greu de valorificat.

43

Desulfurarea “umedă” cu scrubere

Procedeul cel mai folosit pentru eliminarea SO2 din gazele de ardere este cel de desulfurare
umedă în scrubere. Eficiența procedeului poate atinge valori de circa 90 ÷ 95 %.

Reactivul folosit poate fi calcarul (CaCO3), sau varul nestins (CaO) și apoi stins
(Ca(OH)2). Desulfurarea umedă se bazează pe o reacție de reținere a SO2 în compuși solizi nontoxici.

"Istoric", primele scrubere au fost cele cu "lapte de var", obținut din calcar (CaCO3) prin
șirul de reacții:
CaCO3 ⇒ CaO + CO2
(arderea calcarului și obținerea "varului nestins")

CaO + H2O ⇒ Ca(OH)2
("stingerea varului" și producerea hidroxidului de Calciu).

În scruber are loc în acest caz reacția:
Ca(OH)2 + SO2 ⇒ CaSO3 + H2O.

Din punct de vedere al circulației relative a agenților, având în vedere că soluția de reactiv
curge gravitațional, se pot realiza două tipuri de scrubere:
 în curent încrucișat, cu circulație orizontală a g.a.;
 în contracurent, cu circulație verticală ascendentă a g.a. (acestea ocupă suprafețe mici de
teren).

Pentru creșterea suprafeței de contact dintre faza lichidă și cea gazoasă se pot folosi procedee
asemănătoare cu cele de la degazoare și turnuri de răcire:
– pulverizare fină (fără alte sisteme ajutătoare);
– prelingerea fazei lichide sub formă peliculară pe diverse tipuri de umplutură (table, sisteme
buretoase, site);
– picurare (curgere în șuvițe);
– sisteme mixte bazate pe cel puțin două din procedeele anterioare.

Pentru creșterea eficienței de reținere a SO2 și a SO3 (Ca(OH)2+SO3⇒CaSO4+H2O) în scrubere se
recomandă:
♦ Mărirea suprafeței de contact între soluție și g.a.
♦ Creșterea concentrației soluției, peste necesarul din reacția stoechiometrică.
♦ Asigurarea în scruber a unei temperaturi optime de reacție.

Concentrația reactivilor în mediul apos este condiționată de următoarele aspecte:
– creșterea concentrației mărește viteza de reacție dar reduce solubilitatea;
– după reacție, apa reține în soluție atât reactivi neconsu mați, cât și produși de reacție.
Alegerea concentrației se face pe echilibrul dictat de diferența de solubilitate între Ca(OH)2 și gips.
Gipsul, mai puțin solubil, se depune.

Condițiile pentru buna desfășurare a desulfurării umede cu var stins sunt legate de:
– o temperatură a reactivului care să nu depășească 60÷70 °C și o temperatură a g.a. care să nu
depășească 100 °C (o temperatură redusă a g.a. la evacuarea la coș are efecte negative asupra
dispersiei, ca urmare ele trebuie reîncălzite). Asigurarea temperaturii optime de reacție, fără a
coborî prea mult temperatura la coș, se face cu o buclă de răcire-reîncălzire folosind apă sub

44
presiune vehiculată cu o pompă.
– realizarea unei suprafețe cât mai mari de schimb de masă între picăturile de reactiv și g.a.
(sistemul cel mai folosit în prezent este cel cu pulverizarea reactivului în picături mici la partea
superioară a desulfuratorului);
– realizarea unui timp de staționare suficient pentru a asigura o bună reținere (la fel ca la
electrofiltru această condiție se îndeplinește prin creșterea secțiunii de trecere, lungimea parcursului
g.a. în desulfurator);
– g.a. să fie în prealabil bine filtrate de cenușa zburătoare pentru a reține particulele și a nu
impurifica reactivii din scruber. Aceasta obligă la montarea desulfuratorului după electrofiltru.

Încadrarea scruberului în traseul de evacuare a gazelor de ardere se face după PAR
(Preîncălzitor de Aer de tip Regenerativ sau recuperativ) și electrofiltru.

În scrubere au loc pe lângă reacția chimică de reținere a SO2, și procese fizice de încălzire a
reactivului, răcire a g.a. și de umidificare a lor cu vapori de apă. Reactivul colectat în cuvă trebuie
răcit și tratat pentru reținerea gipsului, apoi se completează cu apă și reactiv proaspăt.
Exemplu de integrarea a unui desulfurator tunel în circuitul de g.a. la evacuate: Pentru a
evita colmatarea cu cenușă, scruberul trebuie amplasat după electro-filtru.

În exemplul prezentat s-a prevăzut o buclă termică de răcire-reîncălzire a g.a. care preia
căldura în amonte de scruber și o redă în aval de acesta. Fluidul poate fi apă sub presiune, iar
suprafața de transfer de căldură pe parte de g.a. este prevăzută cu aripioare. Coeficientul de transfer
de căldură fiind mic și ecartul de temperatură mic, sistemul necesită suprafețe foarte mari de
transfer de căldură.

Circuitul de reactiv trebuie să fie prevăzut cu o serie de anexe ca:
– răcitor de reactiv pentru menținerea temperaturii în zona optimă;
– sistemul de dozaj de reactiv proaspăt care să mențină concentrația și să suplinească pierderile de
apă prin vaporizare;
– sistemul de decantare a gipsului.

Alte variante de realizarea a desulfurării umede mai sunt: cu scruber de tip turn și circulație
în contracurent; cu reactiv de tip calcar măcinat fin și menținut în suspensie la o concentrație mult
mai mare decât cea de solubilitate; cu perdele de apă cu umplutură sau cu picurare în șuvițe.
D.p.d.v. al investițiilor desulfurarea umedă rezolvă problema încadrării de SO2 în g.a. în
limit ele admisibile chiar la utilizarea unor combustibili sulfuroși d ar mărește foarte mult investițiile
în centrală. Pentru centrale existente care nu au fost p revăzute la proiectare cu scrubere, costurile pot
fi cu circa 65 % mai mari decât la realizarea acelorași scrubere în centrale noi.

Pentru reducerea cheltuielilor cu reactivul scruberele moderne folosesc direct calcarul.
Solubilitatea și reactivitatea lui sunt mai mici, iar procesul de formare a gipsului este incomplet.
Apare necesitatea:
 unei suspensii în apă de calcar fin măcinat, peste necesarul stoechiometric și limit a
de so lubilitate;
 barbotării de aer în cuva scruberului pentru a contribui prin Oxigen la formarea
gipsului.
 unor instalații speciale de reținere a gipsului din reactivul din cuvă.

45

3.Măs uri “terțiare” de reducere a efectelor noxelor solide de ardere

Evacuarea “uscată” a zgurii și cenușii: se folosește în amplasamente secetoase, sau când
se dorește reutilizarea cenușii, iar umidificarea ei împiedică valorificarea eficientă (de exemplu: ca
materie primă în fabricile de ciment). Pentru utilizare se poate face sortare granulometrică (de
exemplu preluând materialul numai dintr-un anumit sistem de reținere).

Evacuarea “uscată” a zgurii și cenușii:
o este procedeul cel mai costisitor d.p.d.v. al investițiilor și cu cel mai mare consum de
servicii proprii electrice;
o prezintă pericolul de reantrenare la vânt
o se aplică în amplasamente foarte secetoase sau în situații legate de reutilizarea ei.

Sistemele de transpo rt uscate pot fi: cu benzi (tubulare) rulante → pericol de reantrenare;
cu sisteme de tip schneck (șurubul lui Arhimede, spirală) pe distanțe scurte și diferențe mari de nivel;
pneumatic, cu aer comprimat, prin realizarea unor suspensii de cenușă zburătoare în condu cte
de amestec bifazic; viteza de circulație trebuie să fie suficient de mare pentru a nu apare depunerea,
dar este limit ată de eroziunea la care sunt supuse condu ctele; transpo rt în pat fluidizat pe site
alimentate de la partea inferioară cu aer.

Sistemele pneumatice și în pat fluidizat au consumuri mari de energie pentru vehicularea
aerului. Costul majorat se poate justifica dacă cenușa este “vandabilă”. Datorită costurilor
mari și pos ibilității de reutilizare, majoritatea sistemelor us cate sunt dimensionate pentru o cotă din
cenușă corespun zătoare fluxului care poate fi vândut ($/t) către un utilizator. Pentru cenușa
nevalorificabilă se adoptă soluția stocării pe întreaga durată de viață a centralei și se preferă sisteme
de evacuare umedă sub formă de noroi cu costuri mai mici, consu muri mai mici de energie electrică,
investiții mai mici.

Evacuarea “umedă” a zgurii și cenușii, reduce investiția, consu mul de energie pentru
evacuare și costurile de exploatare față de evacuarea „uscată”. Aceasta este soluția cea mai folosită în
România. Totuși, datorită consumu lui mare de apă și noilor reglementări europene, evacuarea
“umedă” a zgurii și cenușii se va înlocui cu evacuarea sub formă de șlam dens. Pentru a respecta
noile reglementări europene, toate centralele electrice din țara noastră trebuie să înlocuită soluțiile de
evacuare „umedă” cu cele de evacuare sub formă de șlam dens, până în anul 2011. Evacuarea în
șlam dens presupune ca valoarea rapor tului între debitul de apă și cel de zgură și cenușă să fie de
maxim 1. Pomp ele de șlam dens sunt pompe volumetrice.

Evacuarea “umedă” a zgurii și cenușii se bazează pe formarea unui amestec bifazic “noroi”
având 6÷18 părți apă la 1 parte cenușă uscată; acest noroi poate fi mai ușor vehiculat, transpo rtat și
trimis la depozit. Curgerea noroiului în centrală se face prin canale înclinate, cu pantă aleasă astfel
încât să se evite colmatarea, până la un bazin subteran. De la acesta antrenarea noroiului se poate
face:
a) cu ejector cu apă;
b) cu pompă de noroi (Bagger).

46
Sistemul
a) cu ejector mărește consu mul de apă. Astfel, dacă la noroiul p rimar se acceptă
participații de 6÷9 kg apă pe 1 kg cenușă uscată, în cazul sistemului a) trebuie să adăugam o
cantitate de apă curată (antrenată cu pompa de apă curată) comparabilă sau chiar mai mare față de
cea existentă în noroiul primar. Creșterea de presiune în pompa de apă curată este mult mai mare
decât pierderile de presiune pe traseu, deoarece aceasta trebuie să antreneze prin șoc noroiul primar
din camera de amestec a ejectorului.
În cazul funcționarii cu ejector de apă apar și dezavantaje:
→ consum de energie mai mare de pompare (pompa vehiculează un debit de apă comparabil cu cel
existent deja în nămolul primar, dar trebuie să acopere o pierdere de presiune de circa două ori mai
mare față de cazul preluării noroiului primar cu pompa de noroi – pierderea de presiune rezultată în
urma antrenării prin șoc a noroiul primar este comparabilă cu cea de pe traseu).
→ diametre mari ale conductelor de noroi (debit de apă de circa două ori mai mare față de cazul
preluării noroiului primar cu pompa de noroi) → crește consu mul de metal al condu ctelor.

Principalele avantaje ale ejectorului sunt:
– lipsă piese în mișcare;
– cost redus;
– posibilitatea de înlocuire în timp scurt, urmată de repararea acestuia;
– faptul că pompa lucrează cu apă curată reduce eroziunile și crește siguranța în funcționare;
– sistemul nu necesită rezervări prea mari și este mult mai sigur.

b) Pompele de noroi (Bagger) pot vehicula un amestec de 6÷10 părți apă la 1 parte masică
de subs tanță uscată (cenușă uscată), comparabil cu cel aflat în bazinul de colectare noroi. Consu mul
de apă pentru evacuarea umedă este deci mai scăzut decât la schema cu ejector. Deoarece creșterea
de p resiune este mai mică decât la pompa cu apă curată din ejector (iar debitul masic este
comparabil), se ajunge la un consum de energie electrică pentru evacuare mai mic (deși randamentul
propriu-zis al pompei Bagger este mai scăzut decât la o pompă cu apă curată).
D.p.d.v. constructiv pompele Bugger sunt centrifugale (lente), dar spre deosebire de pompele de apă
curată au profile groase care să poată să reziste la eroziune.

Principalul dezavantaj: fiabilitatea și dispon ibilitatea pompelor Bugger este scăzută. Datorită
timpului mare de reparare sistemele trebuiesc prevăzute cu rezervare integrală (2 x 120 % sau 4 x
60 %). La creșteri mari de presiune trebuie să se înserieze 2 trepte de pompare distincte (pentru a nu
ajunge la pompe multietajate).

Bazin noroi

Pompă apă
curată noroi secundar

noroi primar

47

Condu ctele de noroi trebuie să fie realizate cu pereți groși, trase cât mai
drepte sau cu raze de curbură mari și număr de armături cât mai mici. În multe scheme
se renunță la colectoarele de refulare și se pune câte o condu ctă de noroi pentru
fiecare pompă Bagger. Pentru a ușura schimbarea unei porțiuni defecte se practică
uzual asamblarea prin flanșe. Aceasta permite rotirea periodică a tronso anelor drepte (cu
circa 120ș) la intervale de timp ușor mai mici decât cele de erodare a peretelui inferior.

Măsuri “terțiare” de dispersie a noxelor gazoase și a cenușii zburătoare în atmosferă
Construcția de coșuri de fum înalte.
Coșul de fum este un canal vertical, etanș, care trebuie să fie izolat termic, să
reziste la greutate proprie, la intemperii (vânt) și la cutremure, să fie protejat anticoroziv
și antieroziv la interior. Funcție sa este să conducă gazele de ardere la o înălțime
mare, pentru a îmbunătăți dispersia noxelor.
Din punct de vedere constructiv
deosebim:

Coșuri de zidărie – nerecomandate din cauza rezistenței proaste la cutremur.

Coșuri metalice autoportante.
Acestea sunt condu cte din tablă sudată elicoidal sau pe generatoare, vops ite
anticoroziv și antieroziv la interior și antiintemperii la exterior (preferabil argintiu –
pentru a reduce radiația și convecția), rigidizate prin sudu ră pe o “talpă” orizontală din
tablă groasă, talpa fiind la rândul ei prinsă în buloane cu cap încastrat în blocul de beton al
fundației. În această variantă, se renunță de obicei la izolația termică, iar rezistența
mecanică este cea a condu ctei. Pentru rigidizare se pot folosi nervuri verticale din tablă, de
formă triunghiulară, sud ate de coș și de placa de bază. Creșterea stabilității la coșuri înalte
se poate face printr-un sistem de ancorare simetrică. Înălțimea atinsă este de ordinul
zecilor de metri.

Coșuri metalice cu structură separată de rezistență.
Pentru înălțimi de peste 100 m, dacă se dorește menținerea construcției metalice, se
pot separa cele 2 secțiuni: partea de rezistență și partea metalică. Înălțimea atinsă e de
ordinul 200÷300 m.
Partea de rezistență este asigurată prin schelet metalic de tip grindă cu zăbrele (de
egală rezistență). Partea metalică este preuzinată la dimensiuni foarte precise, iar
montajul propriuzis se face în termene prestabilite. Canalul de evacuare a gazelor este din
tablă cu pereți subțiri și se sp rijină de armătura metalică. El este vops it anticoroziv la
interior și izolat termic cu saltele de vată minerală la exterior; peste vată se prevede o
tablă argintie. Au o construcție portantă de tipul grinzilor cu zăbrele, cu sistem de
ancorare.

48

Coș metalic ancorat Schelet metalic de tip grindă cu zăbrele

Coșuri din beton armat prefabricat. Elementele prefabricate sunt turnate prin
centrifugare.Acestea au probleme mecanice la zona de înnădire; aceasta le limit ează
înălțimea. Rezistența la îmbinarea secțiunilor prefabricate limit ează înălțimea la câțiva zeci
de metri (două tronso ane. Coșuri din beton armat monolit (turnat cu cofraj glisant) –
sunt cele mai folosite coșuri înalte.
Viteza de înaintare a cofrajului trebuie să fie corelată cu viteza de întărire a
betonului. Canalul interior poate fi căptușit cu cărămidă refractară și/sau materiale
rezistente la coroziune și eroziune. Există variante cu mai multe canale de gaze la un coș
sau cu spațiu de vizitare între structura de rezistență și canalul de gaze. Rezistența
mecanică foarte bună permite înălțimi de 200÷350 m. Durata de execuție este mare.
Consu mul de metal este comparabil sau chiar mai mare față de cel de la coșurile cu
structură de rezistență, dar gradul de prelucrare al metalului este mult mai mare. În
secțiune coșurile de beton armat sunt realizate din straturi concentrice. La interior se poate
pune cărămidă refractară sau beton termorezistent, care nu au rezistență mecanică bună. La
exterior se prevede betonul de construcție care nu are rezistență termică bună. Între
diversele zone (interioară și exterioară; ex: între betonul de rezistență și canalul de fum),
se pot prevedea, la proiectare și construcție, spații cu rol de:
– vizitare
– a împiedica transferul de căldură – mărire a rezistenței termice (datorită
coeficientului de condu cție scăzut al aerului);
– menținere mai scăzută a temperaturii betonului de
rezistență.

Indiferent de tipul de coș acesta trebuie prevăzut cu un sistem de vizitare,
inspecție și revizie, iar peste o anumită înălțime trebuie marcat luminos la partea
superioară.

49

Folosirea unui coș comun pentru turnuri de răcire (TR) umede și pentru evacuarea
gazelor de ard ere

Soluția este posibilă numai la CTE la care gazele de ardere sunt suficient de curate. În caz
contrar:
♦ SO2 și NO X din g.a. se combină cu vaporii de apă încă din panașul TR;
♦ cenușa zburătoare formează nuclee de coagulare/condensare cu apa din aerul
umed, mărind
nebulozitatea și intensificând depunerea în vecinătatea centralei (respectiv poluarea
locală).

Schema se poate folosi la CTE:
• pe gaz natural, dacă au deNO x – are sau arzătoare cu NO x redus;
• pe păcură, cu deNO x – are sau arzătoare cu NO x redus și desulfurare a g.a.;
• pe cărbune, cu arzătoare cu NOx redus, desulfurare și filtrare avansată a cenușii
zburătoare din g.a.

gaze
aer

Coș TR Combinația coș – TR

Soluția se bazează pe introducerea g.a. în coșul de tiraj al T.R., deasupra zonei de
răcire a apei. Interesul tehnico-economic pentru aceasta provine din:

♦ reducerea investiției la CTE noi (o construcție unică, jucând simultan rolul de coș de
evacuare a g.a. și a aerului umed de la TR, este mai ieftină decât două construcții
separate: un coș de fum și un TR);
♦ intensificarea tirajului la coșul turnului și îmbunătățirea răcirii.

Dimensional, această construcție unică are:
− o înălțime mai redusă decât cea mai înaltă (coșul de fum), dar mai mare decât cea

50
mai scundă (TR);
− un diametru mai mic decât la TR și mai mare decât la coșul de fum.

D.p.d.v. ecologic soluția reduce efectele negative ale răcirii “umede” în circuit închis sau
mixt, deoarece, prin aportul de căldură al g.a.: A) contribuie la vaporizarea picăturilor de
apă antrenate în aerul de la partea superioară a TR B) condu ce la reducerea umidității
relative a aerului evacuat C) mărește înălțimea de ridicare a panașului deasupra T.R.
Exemple de circuite de gaze de ardere echipate cu instalații de reducere a
poluanților atmosferici.

În figurile următoare sunt prezentate două exemple de circuite de gaze de ardere
echipate cu instalații de reducere a poluanților atmosferici, cu amplasarea SCR înainte de
electrofiltru. \\Solutii moderne de depoluare a aerului, Gheorghe Lazaroiu, editura Agir
2006 \\

51

52

Capitolul III: POLUAREA CU OXIZI DE SULF

1.GENERALITĂȚI

1.1. DEZVOLTAREA INDUSTRIALĂ ȘI SURSELE DE POLUARE A MEDIULUI

Dezvoltarea accentuată a industriei din ultimele decenii a demonstrat relația strânsă
existentă între creșterea economică și modificările ce se petrec în mediu.
Orice politică de dezvoltare care nu este ancorată într -un context ecologic este
sortită eșecului. La începutul dezvoltării umane, mediul era protejat natural datorită pe d e o
parte posibilităților reduse ale omului de a transforma natura, iar pe de altă parte capacității
mediului de a se autoregla. Pe măsura industrializării societății umane activitățile
generatoare de poluare au depășit capacitatea de autocurățare și autor eglare a factorilor de
mediu, ajungându -se să se pună în pericol existența vieții pe Terra.
Progresul tehnico -științific a afectat echilibrul om -natură prin accentuarea riscului
real de epuizare a unor resurse naturale, modificarea calității aerului, solu lui, apei, sporirea
volumului de deșeuri și a diversității lor, realizarea unor tehnologii generatoare de
materiale reziduale și toxice ce au constituit originea accidentelor tot mai frecvente, creând
noi riscuri pentru sănătatea oamenilor și a mediului.
Compoziția atmosferei s -a schimbat ca urmare a activității omului, emisiile de noxe
gazoase, pulberi și aerosoli conducând la grave probleme de mediu ca: poluarea urbană,
ploile acide, modificarea climei. În acest context este nevoie ca problemele privind
poluarea atmosferei să se trateze pe cât posibil în mod global.
Organismele din cadrul Organizației Națiunilor Unite studiază poluarea atmosferică
a orașelor, a zonelor industriale și rurale. După mai multe statistici făcute, concentrația
dioxidului de su lf în atmosferă, în mai multe state dezvoltate, a scăzut ca urmare a aplicării
diferitelor reglementări, dar există zone unde emisiile au crescut.
S-au încheiat acorduri regiona le sau mondiale referitoare la: supravegherea și
evaluarea poluării atmosferic ă în orașe, lărgirea rețelei de supraveghere în țările în curs de
dezvoltare; formularea unor strategii de supraveghere integrată a poluanților pe termen
lung; elaborarea de noi metode de descriere a propagării la mari distanțe a poluanților,
metode de sup raveghere a depozitelor uscate și a oxidanților fotochimici.

Pentru alegerea măsurilor de combatere a poluării atmosferei cu gaze nocive
industriale (Tabel 1.1) trebuiesc cunoscute principalele procese generatoare de poluanți [1].
Tabel 1.1. Procese gene ratoare de poluanți.

53
Nr.
crt. Agentul nociv Procesele tehnologice generatoare
1 Dioxidul de sulf Arderea combustibililor, topitorii, turnătorii, industria chimică.
2 Oxid de carbon Arderea incompletă, motoare de explozie.
3 Amoniac Instalații frigorifice, explozivi, lacuri, vopsele, îngrășăminte.
4 Oxizi de azot Explozivi, îngrășăminte, curățare metale, combustii la
temperaturi ridicate.
5 Acid fluorhidric Gravare pe sticlă, fabricarea îngrășămintelor.
6 Dioxid de carbon Arderea combustibili lor, procese de descompunere, activitate
vulcanică.
7 Fosgen Descompunerea termică a hidrocarburilor clorurate, produse
farmaceutice.
8 Acid cianhidric Furnale, coloranți.
9 Hidrocarburi Gaze de eșapament, prelucrarea combustibililor.
10 Aldehide Descompunerea termică a grăsimilor și a glicerinei.

Principalele surse de poluare industrială sunt:

– Industria siderurgică și metalurgică.
Industria de prelucrare a minereurilor în vederea extragerii componenților feroși sau
neferoși se bazează în spec ial pe procedee de topire și înnobilare la temperaturi înalte în
urma cărora rezultă cantități extrem de mari de gaze nocive și pulberi.

– Industria petrochimică.
În rafinăriile din industria petrochimică apar emisii de hidrocarburi, dioxid de sulf,
hidrogen sulfurat, oxizi de carbon alături de alți componenți nocivi mai puțin importanți.
Pe perioada depozitării produselor, în special a celor rafinate, datorită tensiunii de vapori
ridicate sunt posibile emisii, cel mai frecvent de propan și butan.

– Industria materialelor de construcții.
Industria materialelor de construcții elimină mari cantități de praf și mai puțin gaze nocive.

– Industria chimică.
Procesele tehnologice ce se desfășoară în industria chimică conduc la poluarea atmosferei
cu divers e substanțe: oxizi de sulf, hidrogen sulfurat, oxizi de azot, clor, etc.

– Industria minieră.
Ritmul ridicat de exploatare la minele deschise înseamnă dislocarea unor cantități mari de
pământ și eliminarea de pulberi solide.

– Industria energetică și tr ansporturile.
Industria energetică și transporturile, sub aspect cantitativ, se situează pe primul loc al
surselor de emisii de gaze nocive datorită faptului că toate industriile necesită cantități mari
de energie, iar obținerea ei prin combustie este lega tă de generarea de cantități imense de
gaze reziduale (dioxid de sulf, oxizi de azot, oxizi de carbon), praf și fum.

54

1.2. EFECTELE POLUĂRII CU OXIZI DE SULF

Oxizii de sulf au acțiune dăunătoare atât asupra organismului uman și a regnului
vegetal cât ș i asupra construcțiilor din metal și piatră.
La om, acești oxizi provoacă iritații ale mucoaselor căilor respiratorii. Acestea apar la
concentrații de 5 ppm .
Pagubele cele mai importante provocate de SO 2 plantelor se petrec ziua, când
activitatea fotosin tetică este maximă, acțiunea fitotoxică a SO 2 constând în distrugerea
clorofilei . Prin expunerea unor plante la o atmosferă artificială de SO 2 s-a constatat că în
urma absorbției unui gaz se elimină H 2S, proces ce se desfășoa ră numai în prezența
luminii .

1.3. LEGISLAȚIA PRIVIND NORMELE DE EMISII DE NOXE

În România, Legea Protecției Mediului nr. 137/1995 are ca obiectiv reglementarea
protecției mediului pe baza principiilor și elementelor strategice care conduc la dezvoltarea
durabilă a societății.
Secțiunea a doua a acestei legi privește protecția atmosferei.
Articolul 40 – Prin protecția atmosferei se urmărește prevenirea, limitarea
deteriorării și ameliorarea calității acesteia pentru a evita manifestarea unor efecte negative
asupra mediului, săn ătății umane și a bunurilor materiale.
Articolul 41 – Autoritatea centrală pentru protecția mediului promovează politicile
regionale și globale, fundamentând principiile și acțiunile specifice, atât la nivel național
cât și local, privind protecția atmosf erei.
Politica națională de protecție a atmosferei cons tă în principal în următoarele:
introducerea de tehnici și tehnologii adecvate pentru reținerea poluanților la sursă;
gestionarea resursei de aer, în sensul reducerii emisiilor de poluanți până la rea lizarea celor
mai scăzute niveluri și care să nu depășească capacitatea de regenerare a atmosferei;
gestionarea resursei de aer, în sensul asigurării calității corespunzătoare securității sănătății
umane;
modernizarea și perfecționarea sistemului național de monitorizare integrată a calității
aerului.
Articolul 42 – Autoritatea centrală pentru protecția mediului, cu consultarea
ministerelor competente, elaborează normele tehnice, standardele și regulamentele de
aplicare privind: calitatea aerului în funcți e de factorii poluanți din atmosferă; emisiile de
poluanți atmosferici pentru surse fixe și mobile, precum și condițiile de restricție sau de
interdicție pentru utilizare, inclusiv pentru substanțele ce afectează stratul de ozon;
calitatea combustibililor și carburanților precum și reglementările privind vânzarea –
cumpărarea și transportul acestora; supravegherea calității aerului, proceduri de prelevare
și analiză, amplasarea punctelor și instrumentelor pentru probare și analiză, frecvența
măsurătorilor ș i altele.

55

2. ARDEREA COMBUSTIBILLILOR FOSILI. FORMAREA SO 2 ȘI SO 3

Combustibilii solizi care se mai numesc și “cărbuni” conțin ca elemente principale:
carbon, oxigen, azot, sulf, elemente ce formează masa organică, alături de substanțe
minerale și apă ce alcătuiesc masa anorganică.
Sulful total conținut de cărbuni este alcătuit din sulf organic, sulf piritic și sulf
sulfatic. În timpul procesului de combustie se transformă în dioxid de sulf și în mai mică
măsură în trioxid de sulf.
Un mecanism simplif icat pentru formarea acestor doi oxizi poate fi reprezentat prin
ecuațiile:
S + O 2  SO 2 (2.1)
2SO 2 + O 2  SO 3 (2.2)
Cantitatea relativă a fiecăruia din compuși nu depinde într -o măsură apreciabilă de
cantitatea de oxigen prezentă. Chiar în exces mare de aer, SO 2 se formează într -o cantitate
mai mare. Cantitatea de SO 3 format în procesele de ardere depinde de condițiile de reacție,
în special de temperatură. Cel mai periculos din punct de vedere ecologic este SO 3
responsabil de formare ploil or acide.
Conținutul total de sulf din cărbune variază în limite largi pentru diferite zăcăminte
în funcție de condițiile de formare ale acestora.
Cărbunii românești au un conținut mediu de sulf de 2 -3%, variind de la 0,3 pentru
antracitul de la Schila p ână la 8% pentru huila de Cozia.

3. PROCEDEE DE REDUCERE A EMISIILOR DE SO 2

Reducerea emisiilor de SO 2 se realizează prin:
 Prelucrarea materiilor prime ce conțin sulf înainte de a fi introduse în procesul
tehnologic;
 Desulfizarea gazelor de ardere.

3.1. PRELUCRAREA COMBUSTIBILILOR PENTRU REDUCEREA CONȚINUTLUI DE SULF

Procedeele de desulfurare a cărbunilor se clasifică în:

a) Pretratarea chimică urmată de îndepărtarea mecanică a sulfului conținut ca
impuritate în pirită (sulful organic nu poate fi îndepărtat). Reducerea sulfului piritic
se face în proporție de 90%.

56
b) Transformarea chimică a sulfului din cărbune în compuși solubili sau volatili.
c) Desulfurarea prin lichefiere, urmată de solidificarea produsului și diferite procedee
de gazeificare a cărbu nelui.

Pentru păcurile cu conținut ridicat de sulf s -au utilizat diverse metode de
îndepărtare a sulfului în vederea obținerii emisiilor reduse de oxizi de sulf. Printre acestea
se numără: aditivitatea păcurii, prin folosirea aditivilor de combustie car e au rolul de a
reacționa cu dioxidul de sulf din gazele de ardere și de a forma produse slab active sub
raport coroziv.

d) Metoda petrochimică de a îndepărta compușii cu sulf prin rafinare.

3.2. DESULFURAREA GAZELOR INDUSTRIALE : INSTALATII DE DESULFURAR E A
GAZELOR

3.2.1 INTRODUCERE

În vederea micșorării nocivității gazelor emise, varianta cea mai studiată și aplicată este
desulfurarea gazelor de ardere.
Reținerea dioxidului de sulf din gazele reziduale se poate realiza prin procedee
convenționale ce au la bază procese ca: absorbția, adsorbția, oxidare catalitică, reducere catalitică
și procedee neconvenționale prin iradiere cu fascicul de electroni accelerați sau fascicul de
electroni – microunde.

Prezența dioxidului de sulf în gazele reziduale este strâns legată de natura proceselor
tehnologice care prelucrează diverse materii prime cu conținut de sulf și în cadrul cărora există cel
puțin o etapă de transformare prin procese de oxidare sau în general, de ardere. Din acest punct de
vedere, cele mai importante surse antropogene de gaze reziduale cu conținut de SO 2 sunt:

1. Industria energetică, prin arderea combustibililor naturali sau sintetici (în special a cărbunilor și
a păcurii sau a altor combustibili petrolieri grei, care au un conținut relativ mare de sulf);
2. Industria de metalurgie neferoasă, prin prelucrarea oxidativă a sulfurilor metalice de Zn, Pb, Cu
etc.;
3. Industria chimică de prelucrare sau obținere a compușilor cu sulf, în special fabricarea acidului
sulfuric.

Prin efectul poluant și cantitățile emise anual în atmosferă, dioxidul de sulf este
principalul poluant gazos, motiv pentru care, de -a lungul timpului și cu atât mai mult la ora
actuală, a existat și există o preocupare intensă privind elaborarea și aplicarea unor procedee

57
eficiente de desulfurare a gazelor reziduale. Principalele probleme pe care le ridică desulfurarea
gazelor reziduale cu conținut de SO 2 sunt:

– debitele foarte mari de gaze reziduale (în cazul centralelor electrice având valori de ord inul 106
Nm3/h);
– concentrația scăzută a SO 2 în gazele reziduale (uzual 0,1 – 0,2%);
– prezența altor compuși cu caracter acid (CO 2, NO x, SO 3, etc.) și a suspensiilor solide în gaze;
– temperatura ridicată a gazelor, în multe cazuri fiind necesară răcirea acestora și apoi reîncălzirea
lor după desulfurare, în vederea unei mai bune dispersii atmosferice;
– obținerea prin desulfurare a unor produși cu conținut de sulf greu valorificabili sau
nevalorificabili și ca urmare are loc un transfer poluant c ătre apă sau sol iar cheltuielile pentru
desulfurare sunt mari și greu de recuperat.

Aceste aspecte particulare fac ca majoritatea procedeelor de desulfurare a gazelor reziduale
cu conținut de SO 2 să vizeze mai mult limitarea poluării atmosferei și mai puțin recuperarea și
valorificarea sulfului. Cheltuielile mari de desulfurare au făcut ca aplicarea cu rezultate notabile a
procedeelor desulfurare să fie foarte mult limitată, introducerea tehnologiilor de desulfurare fiind
impusă de legislația de mediu. Procedeele de desulfurare de tip FGD (Flue Gas Desulfurization),
dezvoltate în special după anul 1944, sunt extrem de diversificate și pot fi formal clasificate
în următoarele categorii:
• Procedee uscate:
– bazate pe adsorbție fizică
– bazate pe adsorb ție și reacție chimică
– bazate pe procese chimice, catalitice sau necatalitice
• Procedee umede:
– bazate pe procese de absorbție fizică, în soluții
– bazate pe procese de absorbție și reacție chimică, în soluții sau în suspensii
• Procedee combinate, în cadrul cărora pot avea loc procese complexe, atât fizice cât și chimice.

Sectorul energetic este unul din marii poluatori din economie. Poluarea atmosferei de către
sistemul energetic are următoarele trei principale consecințe: p oluarea la distanțe lungi, degradarea
calității aerului din cauza condițiilor precare de dispersie atmosferică și emisiile de gaze cu efect
de seră. Sectorul energetic, din cauza combustibililor fosili (cărbune, gaz natural, păcură) utilizați
de Instalații le Mari de Ardere (IMA) produce cea mai mare cantitate de emisii de gaze cu efect de
seră (bioxid de carbon), una dintre principalele cauze ale schimbărilor climatice. IMA evacuează
în atmosferă cantități semnificative de emisii poluante, circa 88% din emi siile totale la nivel
național de NO x, 90% din cele de SO 2 și 72% din cantitatea de pulberi, acestea fiind generate în
procesul de ardere a combustibililor fosili în capacitățile de producere a energiei electrice.
Deși sectorul energetic beneficiază de perioade de tranziție obținute prin Tratatul de
Aderare, până în anul 2013, pentru emisiile de SO 2, NO x și pulberi, respectiv 2017 pentru
reducerea suplimentară a emisiilor de NO x, în vederea conformării cu prevederile Directivei
2001/80/EC cât și cu angaj amentele luate în cadrul Protocolului de la Gothenburg, România
trebuie să realizeze, într -o perioadă relativ scurtă, investiții în obiective de mediu care implică
resurse financiare substanțiale pentru reducerea emisiilor de SO 2, NO x și pulberi la IMA, pr in
realizarea proiectelor de montare a instalațiilor de desulfurare a gazelor de ardere, de arzătoare cu
NO x redus și de filtre la grupurile energetice deja modernizate/retehnologizate.
În grupurile modernizate / retehnologizate, proiectele de investiții în instalațiile de
desulfurare a gazelor de ardere, arzătoare cu NO x redus și filtre pentru IMA au ca efect principal

58
reducerea emisiilor de poluanți în aer și creșterea calității mediului înconjurător, prin diminuarea
fenomenelor de acidifiere, care afec tează solurile, apele, fauna și flora și reducerea formării
ozonului, care are efecte adverse asupra sănătății umane și asupra ecosistemelor.
Pentru a vedea ce cantități de gaze nocive rezultă în urma arderilor industriale, se pot face o serie
de calcule estimative.

Volumul teoretic de bioxid de carbon CO 2 rezultat din ardere:
– pentru combustibil solid sau lichid:
[
]

– pentru combustibil gazos:
[
]
) )
) ))
Volumul teoretic bioxid de sulf SO 2 rezultat din ardere este:
– pentru combustibil solid sau lichid:
[
]

– pentru combustibil gazos:
[
]

Volumul teoretic de azot N 2 rezultat din ardere este:
– pentru combustibil solid sau lichid:
[
]

– pentru combustibil gazos:
[
]

Volumul teoretic minim de gaze de ardere uscate:
– pentru combustibil solid sau lichid:
[
]
– Pentru combustiibil gazos:
[
]
Volumul teoretic de apa rezultat din ardere este:
– pentru combustibil solid sau lichid:

59
[
]

– pentru combustibil gazos :
[
]
)
) ) )
Volumul teoretic minim de gaze de ardere umede este:
– pentru combustibil solid sau lichid:
[
]
– pentru combustibil gazos:
[
]

Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea în atmosferă a unor volume importante de oxizi
gazoși de sulf. În urma precipitațiilor chimice și a transformărilor pe care le suferă în atmosferă, acești oxizi
devin sursa precipitațiilor acide, formă sub care își exercită la nivelul solului acțiunea distrug ătoare asupra
vegetației perene. În același timp, în condițiile specifice (temperatură și presiune ridicată, prezența
umidității, alături de particule de cenușă) ce caracterizează circulația gazelor arse dinspre instalația de
ardere spre coșul de evacuare în atmosferă, oxizii gazoși exercită o puternică acțiune corozivă asupra
instalațiilor ce compun circuitul gazelor arse. Astfel se intensifică uzura instalațiilor.
Într-o primă fază, bioxidul de sulf dă naștere acidului sulfuros care, prin oxidare sub ac țiunea
radiației solare, se transformă în acid sulfuric. Acțiunea poluatoare a H 2SO 4 se exercită sub forma ploilor
acide, principalul factor generator al „morții pădurilor“ în țările industrializate din Europa de vest și
centrală. Intrând în circulația atm osferică zonală, SO 2 exercită efectul poluant nu numai în regiunea sau țara
în care este generat, ci și în alte regiuni sau țări aflate pe direcția vânturilor dominante. Acest proces este
favorizat de construirea unor coșuri înalte (peste 200÷250 m) prin intermediul cărora gazele arse, având o
temperatură ridicată (160÷175 °C) și o viteză de evacuare mare, sunt conduse prin intermediul coșurilor
înalte la o înălțime egală în medie, cu dublul înălțimii coșului (cca. 500 m de la nivelul solului) .

60

3.2.2. METODE DE REȚINERE A BIOXIDULUI DE SULF

Cu excepția unor procese chimice speciale, arderea combustibililor fosili reprezintă
principala sursă de dioxid de sulf (SO 2). Se deosebesc trei căi principale de reducere a emisiei de
SO 2, respectiv: desulfur area combustibililor, alegerea corespunz ătoare a combustibilului,
desulfurarea gazelor de ardere. Reținerea bioxidului de sulf poate avea loc în toate fazele folosirii
combustibilului, începând cu pregătirea lui înaintea arderii, în timpul arderii și după ardere (prin
acțiuni asupra gazelor de ardere).

În cărbune , sulful este prezent sub 3 forme:
1) sulf organic;
2) radical sulfat;
3) pirită.
În păcură, sulful poate fi doar sub formă de sulf organic și radical sulfat. În general,
combustibilii gazo și naturali au un conținut neglijabil de sulf. Gazele de sondă sau de rafinărie
conțin hidrogen sulfurat (H 2S), precum și dioxid de carbon (CO 2) și mercaptan. De exemplu, gazul
de gazogen din cărbune conține circa 1 % H 2S și 6 % CO 2. Sulful organic , care fa ce parte integrantă
din diagramă Fe -carbon și care nu poate fi extras prin segregare fizică directă, reprezintă 30÷70 %
din totalul de sulf. În general, raportul sulf organic/sulf total este mai ridicat la combustibilul cu
conținut scăzut de sulf și scade cu creșterea conținutului de sulf. Conținutul de sulf din radical
sulfat este, în general, inferior, 0.05 [ % ]. Pirită ,în cărbune, se află sub formă de particule discrete
și chiar microscopice. Este un mineral greu, cu o densitate de aproximativ 5.0, în timp ce cărbunele
are o densitate maximă de numai 1,8 [kg/dm3].
Conținutul în pirită al cărbunelui poate fi ușor redus prin reducerea granulației, urmată de o
separare gravitațională. În general, cantitatea de pirită reținută crește pe măsură ce cărbunele este
măcinat în particule cât mai fine și densitatea la care se produce separarea scade. Particulele de
cărbune cu conținut redus de pirită și particulele de cenușă vor cădea cu particulele minerale pure.
De aici rezultă un produs mai curat, însa cu pierderi mai ridicate de energie sau de căldură. Când
aceste particule sunt foarte fine, metoda de segregare gravimetrică devine mai puțin rentabilă. În
cazul utilizării cărbunelui, desulfurarea combustibilului este relativ dificilă. În focarele de mar e
capacitate, cu accent asupra acelora din centralele termoelectrice, utilizarea unor combustibili cu

61
conținut scăzut de sulf, dar mai scumpi, nu reprezintă o soluție viabilă întotdeauna. Din acest
motiv, pentru reducerea emisiei de SO 2 se realizează o des ulfurare a gazelor de ardere.
Rafinarea petrolului brut este însoțită și de o producție de hidrogen sulfurat, care diferă în
funcție de caracteristicile petrolului brut. Pentru eliminarea sulfului din petrolul supus rafinării, se
introduce un gaz bogat î n hidrogen, ceea ce facilitează formarea hidrogenului sulfurat. Procedeul
este cunoscut sub denumirea de hidrorafinare, care permite totodată și reținerea altor impurități
(azot, apă, oxigen), într -un reactor cu catalizatori adecvați.
În procesul de raf inare, conținutul de sulf din combustibili lichizi ușori este reglat prin
amestecul mai multor sorturi, cu concentrații diferite de sulf. În plus, combustibilul lichid ușor
poate fi desulfurat prin hidrogenare (desulfurarea combustibilului). Desulfurarea are loc în
prezența unor catalizatori, de cele mai multe ori cobalt și molibden, pe un suport de alumină, la
temperaturi și presiuni de 320÷420 șC, respectiv 25÷70 bar. În timpul procesului, sulful este
eliminat prin hidrogenare sub formă de hidrogen sulfu rat, care este transformat ulterior în sulf
elementar.
Eliminarea sulfului și azotului are ca efect și distrugerea unui însemnat număr de molecule
grele, obținându -se astfel creșterea ponderii produșilor ușori. Introducerea hidrogenului se poate
realiza în toate fazele prelucrării petrolului, care poate conduce la creșterea gradului de reținere a
sulfului până la circa 65 %. Pentru desulfurarea combustibilului gazos, procedeele constau în
extragerea, concentrarea și reținerea hidrogenului sulfurat, H 2S, care urmează a fi tratat conform
unor procedee specifice.
Din hidrogenul sulfurat, aflat în fază gazoasă, se recuperează sulful, printr -o spălare cu
amâne, urmată de procedee de tip Claus, realizând o reținere a sulfului în proporție de 95 %. Se
mai utili zează și o recuperare complementară a sulfului din gazele ieșite din recuperatorul Claus,
cu un randament de 4÷4.9 %, iar restul se arde, producând SO 2.
Reziduurile solide din epurarea cărbunelui pot fi grosiere sau fine și sunt compuse din
deșeuri de cărbune, ardezie, șisturi de cărbune , de pirită și argilă. O metodă de a scăpa de aceste
deșeuri ale cărbunelui brut constă în depozitarea în strat pe un teren netezit, compactarea,
acoperirea cu pământ și apoi replantarea cu vegetație. Aceste metode sunt menite să împiedice
aprinderea spontană și infiltrarea apei. Reziduurile fine sunt, de obicei, deversate în bazine de
decantare sub formă de noroi sau deshidratate și adăugate la grămada de reziduuri grosiere.
O posibilitate de a reduce emisia de SO 2 este alegerea unui anumit combustibil (în faza de
proiectare) sau schimbarea celui utilizat în mod curent în exploatare (alegerea combustibilului).

62
De exemplu, în ultimii ani utilizarea gazului natural a crescut considerabil în instalațiile de mică și
medie c apacitate. Cum conținutul de sulf din gazul natural este practic neglijabil, emisia de SO 2 a
fost redusă pe această cale.
O altă posibilitate de limitare a emisiei, dar numai până la jumătate din cea naturală se
poate obține prin insuflarea de aditivi în focar, în timpul arderii, fie sub formă de praf de dolomită
injectat cu praful de cărbune, fie sub forma unor emulsii de particule în hidrocarburi, dozate în
combustibilul lichid.
Pudră de calcar este injectată în focar, unde este calcinată la CaO, car e reacționează cu
SO 2, rezultând CaSO 4. Produsul desulfurării și aditivul care nu a reacționat sunt colectate în
precipitator, împreuna cu aerul de combustie. Metoda a avut cele mai bune rezultate deoarece
calcarul este injectat la o temperatură favorabilă și acolo se află o presiune suficientă, datorată
aerului de la partea superioară a arzătorului, pentru a distribui bine aditivul. Funcție de sarcina
cazanului, eficiența reducerii atinge valori de 50÷70 %.
Avantajele injec ției de calcar sunt: proces simplu, realizare rapidă, costul investiției scăzut,
consum mic de energie, disponibilitatea instalației ridicată.
Dezavantajele metodei sunt : grad de desulfurare limitat, tendința de zgurificare în focar,
manipulare dificilă a cenușei.
Normele foarte severe de emisie, care coboară valoarea de la 2÷3.5 g/m3, la numai 0.4
g/m3, cum este exemplul pentru Japonia, SUA, Germania, impun neapărat folosirea unor instalații
chimice de desulfurare a gazelor, la toate cazurile de ardere a cărbunelui, în cazane cu focare
clasice sau a păcurii cu conținut ridicat de sulf .
În ultimele două decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de desulfurare, dintre care
cele mai importante sunt:
• procedeul umed , în care se introduce ca agent activ o soluție de hidroxid de calciu și carbonat de
sodiu, obținând ca deșeu nămoluri nerecuperabile sau cel mult cu posibilitate de extracție de gips.
• procedeul semiuscat , în care se introduce ca agent activ o soluție concentrată de amoniac sau
hidroxid de calciu, în filtru având loc evaporarea completă a apei. Produsele sulfatice sunt
recuperate în stare uscată, permițând reintroducerea lor în circuitul economic.
• procedeul catalitic , cu producere de sulf, aplicat la o temperatură ridicată a gazelor de ardere.
Cea mai largă imp lementare industrială o are procedeul umed. Prin spălarea sau umidificarea
aerului, se obține o răcire a gazelor până la 50÷60 °C la procedeul umed și la 70÷100 °C la cel
semiuscat. În aceste condiții, ridicarea penei de fum se limitează și dispersia este dezavantajată.

63
Efectul de reducere a fondului de SO 2 în atmosferă rămâne, în acest caz, să se resimtă
numai pe ansamblul teritoriului, la distanțe mari. Coborârea temperaturii sub temperatura
punctului de rouă acidă atrage coroziuni inacceptabile, sub aspectul fiabilității traseului de gaze,
motiv pentru care este necesară reîncălzirea gazelor, fie cu abur, fie regenerativ, fie cu amestec de
gaze fierbinți, fie prin căldura obținută prin arderea de combustibil suplimentar.

Instalațiile de desulfurare uscată și semiuscată sunt utilizate mai rar, în special pentru
centralele mici, datorită pericolului intoxicării cu amoniac. Principala caracteristică a desulfurării
umede este reducerea simultană a SO 2 și producerea de gips și, de asemenea, controlul ali mentării
cu calcar, esențial pentru a învinge fluctuațiile sulfului conținut în combustibil. Gazele de ardere
de la electrofiltru sau de la ieșirea din preîncălzitorul de aer regenerativ sunt introduse în scruber
prin intermediul a două ventilatoare înaint ase, câte unul pe fiecare linie.
Înainte de primul scruber este instalat un schimbător de căldură gaz/gaz, care răcește gazul cu
conținut de SO 2, înainte de intrarea în scruber și încălzește gazul curat până la aproximativ 100 °C.
Gazul din linia a doua e ste introdus direct în cel de -al doilea scruber și apoi, fără a fi reîncălzit, se
amestecă cu gazul curat (reîncălzit la 100 °C), de la primul scruber. Astfel, rezultă o temperatură a
gazelor la coș de circa 80 °C. Gipsul produs e subțiat până la 30 % conț inut solid și ulterior, e
uscat până la 15 % umiditate, într -un filtru cu vacuum. Preaplinul concentratorului și produsul
filtrării sunt circulate complet în proces. Nu se produce apă uzată, iar 25 % din gipsul rezultat este
utilizat în industria cimentulu i.
În tabelul ce urmeaz ă sunt prezentate schematic principalele procedee comerciale de
desulfurare a gazelor de ardere.

64

Epurare
prin
metod a
umedă
Procedeu Tehnică (metodă) Produse secundare
Var / calcar
CaO/CaCO 3 Absorbția SO 2 cu var stins (nămol
de var) sau calcar Nămol de epurare
sau gips
Sodă de rufe
NaOH Absorbția SO 2 cu o soluție de sodă
caustică sau de carbonat de sodiu Apă reziduală sau
soluție spălat rufe
Soluție
Alcalină Absorbția SO 2 cu soluție de Na
rezultată din soluție alcalină calcică Nămol sau gips
(CaSO 4)
Amoniac –
Walther Absorbție cu NH 3 apoi oxidare în
sulfat de amoniu Îngrășământ pe
bază de sulfat de
amoniu

Oxid de
magneziu SO 2 intră în reacție cu un amestec de
oxid și hidroxid de magneziu;
reciclarea reactivului după
deshidratare și regenerare Sulf elementar sau
acid sulfuric

Sulfit de sodiu
(wellman –lord) Absorbția SO2 cu o soluție de sulfit
de sodiu, care este apoi reciclată și
regenerată. Sulf elementar sau
H2SO 4, cantități
mici de sulfat de
sodiu
Citrat
Absorbția SO 2 cu o soluție de citrat
de Na. Absorbantul este regenerat și
produșii secundari transformați în S2
prin reducție în fază lichidă cu H2S Sulf elementar

Carbonat apos Absorbția SO 2 cu o soluție de
carbonat de sodiu deshidratat prin
pulverizare, regenerare + reciclare Sulf elementar

Uscare prin
pulverizare Pulverizare și
uscare Reacția unui nămol de absorbție
pulverizat cu SO 2 și uscare
simultană Deșeuri uscate

Procedeu
uscat Absorbție pe
cărbune activ Absorbția și desorbția SO 2 pe
cărbune activ. Sulf elementar

65

3.2.3. Desulfurarea gazelor de ardere
Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt descrise schematic prin
diagrame în figur a 1. În desulfurarea uscat ă SO 2 și SO 3 sunt reținute prin procese fizice
(adsorbție) sau chimice (absorbție și reacții chimice).

Fig 1: Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere

66
În adsorb ția uscat ă, agentul de adsorbție este dirijat să întâlnească gazele ce trebuie
desulfurate. Apoi, agentul este reactivat în regenerator și este trimis înapoi în procesul de
adsorbție. În adsorbția uscată , agentul de adsorbție este pulverizat în gazele de ardere.
În procedeele semiuscate, o suspensie alcalină sau alcalino – pământoasă este adusă
în con tact cu gazele de ardere de desulfurat. În gazele de ardere fierbinți se formează un
produs uscat de reacție, care este colectat apoi în filtrele de particule.
Desulfurarea umed ă a gazelor de ardere are loc în turnuri de injecție, numite
scrubere. În acest caz, o soluție sau suspensie alcalină sau alcalino -pamântoasa este
dispersată în gazul de desulfurat sau este adusă într -un contact omogen cu acesta, astfel
încât oxizii de sulf sunt îndepărtați prin absorbție. Spălarea gazului cu apă este posibilă, dar
tendința gazelor de a se dizolva în apă este relativ redusă.
O metodă de desulfurare uscat ă a gazelor de ardere, bazată pe adsorbție fizică,
utilizează aditivi solizi. Pe acest principiu se bazează îndepărtarea combinată a oxizilor de
sulf și de azot cu cocs activ. O altă posibilitate, în special pentru instalații mici și mijlocii
(între 50 – 100 MW), este absorbția chimică a SO 2 de către aditivi uscați, activi din punct
de vedere chimic. Adăugarea de aditivi uscați pulverizați, pe bază de calciu sau magneziu,
pentru reducerea emisiilor de componente acide ale gazelor (SO 2, dar și HCI și HF), este
cunoscută de mult timp și reprezintă, de câtva timp, un procedeu obișnuit aplicat în
numeroase focare. Aditivii pot fi injectați în diferite puncte ale arder ii, sau în diferite
puncte ale traseului gazelor de ardere (vezi figura 2 ).

Fig 2: Posibilități de injecție a aditivilor în cazane .
Procesele în care aditivul este adăugat între generatorul de abur și filtrul de
particule este cel mai des întâlnit, întrucât este însoțit de modificări minimale ale instalației

67
existente (camera de ardere, construcția cazanului). În unele cazuri, aditivul este introdus la
sfârșitul traseului gazelor de ardere, respectiv între filtrul de particule și coș; în acest caz
sunt necesare filtre de particule suplimentare.
În cazul arderii cărbunelui brun și la arderea în strat fluidizat s -au obținut rezultate
bune prin dozarea aditivului în combustibil. Figura 3 arată gradul de absorbție a SO 2
corespunzător diferiților aditivi uscați, în funcție de temperatură. La temperaturi ridicate,
aditivii pe bază de magneziu se caracterizează prin grade mai reduse de absorbție și
intervale active de temperatură mai înguste .

Fig 3: Dependența de temperatură a absorbției de SO 2 pentru dife riți aditivi uscați.

De asemenea, eficiența absorbției de SO 2 cu ajutorul aditivilor uscați depinde și de
alți factori, precum: timpul de rezidență, gradul de amestecare a aditivului cu gazele de
ardere, de dimensiunile particulelor și de porozitate. Et apele reacției de calcinare, hidratare
și absorbție de SO 2 a dolomitei sunt prezentate în figur a 4.

68

Fig 4: Etapele reacției de calcinare, hidratare și sulfatare a dolomitei .
În cazul metodelor uscate, nu se produc ape reziduale. Utilizarea produselor solide
rezultate depinde de compoziția lor chimică și de modul de reținere al acestora.
Procesele semiuscate s -au dezvoltat pe baza faptului că, absorbția SO 2 pe
particulele de calcar poate fi îmbunătățită prin umidificarea acestora. În aceste procese,
agentul de absorbție, în general o suspensie de var sau de carbonat de sodiu ori o leșie de
sodă caustică, este pulverizată în gazele de ardere fierbinți dispersate extrem de fân. În
urma acestui proces, apa din absorbant vaporizează și SO 2 reacționează cu agentul de
absorbție.
Procesul de vaporizare durează până când produșii de reacție iau forma unei pulberi
uscate. Aceasta poate fi îndepărtată apoi din gazele de ardere cu ajutorul unei instalații
clasice de desprăfuire (electrofiltru sa u filtru sac).
În figur a 5 este prezentat procesul de desulfurare a gazelor de ardere prin acest
procedeu. Produsul final este alcătuit din gips, la care se adăugă sulfit și oxid de calciu. De
aceea, câteodată, se realizează o tratare termică ulterioară, în scopul majorării conținutului
de gips. Produsele de reacție, cu un conținut ridicat de gips, pot fi utilizate în industria
betoanelor și a materialelor de construcții. Altfel, reziduurile pot fi folosite în același mod
ca cele rezultate în urma procese lor uscate de desulfurare.

69
Principalul avantaj al procedeului de absorbție prin pulverizare este acela că, apa
necesară vaporizează, nerezultând ape reziduale. În general, gazele de ardere nu trebuie
reîncălzite din nou. În comparație cu procedeul uscat, prin cel semiuscat se ating grade
superioare de absorbție a SO 2 ‚ cu un exces mai redus de aditiv. Totuși, cheltuielile de
investiție sunt mai ridicate.

Fig 5: Schema procesului de desulfurare semiuscată a gazelor de ardere.

Desulfurarea umedă

Procesele de absorbție umedă pot utiliza diverși absorbanți, alcalini,
alcalinopamântosi sau alți absorbanți. Solubilitatea în apă a absorbanților alcalini este mult
mai mare decât a celor alcalino -pamântosi. În grupul de procese utilizând alți absorbanți,
lichidul de spălare este, în principal, o soluție acidă. Factorul comun pentru toate aceste
procese este utilizarea instalațiilor în care se realizează contactul între gaz și lichid. Aceste
instalații creează o suprafață mare de contact, realizând transfe rul de masă al SO 2 către fază
lichidă. În cele ce urmează este prezentat procesul de desulfurare cu oxid de calciu.

70
Dezvoltarea procedeelor de desulfurare umedă a gazelor de ardere de la centralele
electrice, pe bază de CaO, a început în SUA, în cadrul preocupărilor pentru eliminarea
simultană a particulelor și a dioxidului de sulf printr -o metodă umedă. Astfel, scruberele
Venturi de desprăfuire umedă au început să fie utilizate și la desulfurarea gazelor de ardere.
Aceasta a condus, în multe cazuri, la reacții între particulele de cenușă și oxidul de calciu
sau calcarul utilizat, având drept consecința înfundarea scruberelor, a conductelor și a
pompelor. De aceea, electrofiltrul era situat înaintea scruberului de tip Venturi. Numai în
acest mod se obține un gips pur, care poate fi revalorificat.
Scruberele Venturi nu au fost, în general acceptate, deoarece realizau pierderi mari
de presiune, respectiv consum ridicat de energie. Între timp, au fost dezvoltate alte tipuri de
scrubare, precum turnuri de spă lare cu tub Venturi integrat sau alte componente. Turnurile
alcătuite din componente simple, pentru minimizarea pierderilor, s -au dovedit a fi soluția
cea mai bună ( figura 6).

71

Fig 6: Turn de absorbție prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor.

Astfel, turnurile de spălare de construcție mai nouă nu conțin decât câteva nivele
spațioase de pulverizare și separatoare de picături, instalate orizontal. Aceasta a condus la
minimizarea pierderilor de presiune. Un turn de spălare este alcătuit din tr ei părți
principale:
zona inferioară de drenaj; zona de contact gaz / lichid; zona de gaze de ardere curate.

72
În zona de drenaj , suspensia rezultată din spălare este colectată, amestecată,
ventilată și îmbogățită cu absorbant proaspăt. Volumul acestei zon e este determinat, în
principal, de viteză de dizolvare a absorbantului, precum și de cantitatea de SO 2 ce trebuie
înlăturată.
În zona mijlocie a scruberului, zona de contact gaz / lichid, gazele sunt aduse în
contact cu suspensia de spălare, în contracur ent, și astfel sunt spălate. Lichidul de spălare
este distribuit uniform, pe mai multe nivele de pulverizare. Astfel, se creează un spațiu de
amestec omogen gaz /lichid, în care are loc transferul de masă de la gazele de ardere la
lichidul de spălare.
În partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate), gazele de ardere
trec printr -un separator de picături, în care se rețin picăturile fine de lichid pe care le -au
antrenat. Pentru curățare, separatorul de picături este spălat cu apă de sus în jos, într -o
anumită succesiune a sectoarelor acestuia, cu ajutorul unor pulverizatoare.
Figura 7 prezintă schema unei instalații moderne de desulfurare a gazelor de ardere,
cu oxidare integrată, folosind calcar drept absorbant . Astfel de instalații su nt în funcțiune în
centralele noi din Germania. Gazele care trebuie curățate sunt răcite în schimbătorul
regenerativ de căldură gaze-gaze și trec prin turnul de spălare, în contracurent față de
absorbant. Pentru a se evită suprasaturarea cu vapori de apă, gazele curate sunt reîncălzite
în schimbătorul de căldură până la aproximativ 90 0C. Eficiența scruberului este de circa
92÷98 %‚ astfel încât se poate respecta, fără vreo dificultate, nu numai norma de 400 mg
SO 2/m3‚ dar și alte cerințe, mai restrictive, privind emisiile de SO 2. Lichidul de spălare are
o evoluție ciclică. Calcarul măcinat fin este preluat din siloz și preparat cu apă (apă
reziduală), rezultând o suspensie care alimentează continuu zona inferioară a scruberului.
Pe de altă parte, suspensia de gips este evacuată din scruber. Separarea cristalelor mai mari
de gips, micșorarea lor ulterioară și procesarea acestora, se face într -un hidrociclon.
Particulele fine de ghips, care nu pot fi deshidratate atât de bine, sunt trimise înapoi în
ciclul abs orbantului, sub formă de cristale de s ămânță.
Apa rezidual ă, evacuată din ciclu trebuie tratată datorită conținutului său ridicat de
ioni și de metale. Unul dintre parametrii cei mai critici, care determină cantitatea de apă
uzată, este conținutul de cloride din gazul de evacuare și apă de proces, deoarece
concentrația de cloride afectează nivelul de coroziune și calitatea gipsului. Odată ce
caracteristicile apei uzate sunt bine determinate, poate fi proiectat un sistem de tratare a

73
apei uzate. În gene ral, este suficient un tratament fizico -chimic standard pentru a satisface
cerințele de protecției a mediului.

Fig 7: Schema unei instalații de desulfurare a gazelor cu oxidare integrată.
Gipsul rezultat ca produs secundar este folosit în industria mate rialelor de
construcții. Gradul de calitate al gipsului este un factor important pentru proiectarea
sistemului.
Gipsul pentru pere ți trebuie să fie de o calitate ridicată, o puritate înalta, umezeală
scăzută, un conținut foarte mic de compuși sulfiți neox idați și de substanțe dizolvate.
Gipsul pentru ciment este tot un gips de calitate ridicată, totuși de o puritate mai
scăzută decât în cazul anterior. Conținutul de umezeală trebuie să fie scăzut și la fel trebuie
să fie conținutul de compuși sulfiți neoxidați și de substanțe dizolvate.
În general, gipsul este uscat de abur, acesta fiind apoi trecut printr -o mașină de
brichetat și apoi depozitat în saci sau silozuri. Gipsul recuperat prin oxidare, într-o singură
buclă, are o puritate mai redusă și o u mezeală mai mare, comparativ cu cel obținut prin
oxidarea în două bucle.

74
În cazul deșeurilor, gipsul poate fi amestecat cu cenușa zburătoare de către o mașina
de amestecat și apoi depus într -o groapă dedicată, care asigură pentru acest produs final
condiț ii sigure de depozitare din punct de vedere ecologic.

Desulfurarea hidrogenului sulfurat

Principalele procedee de tratare a hidrogenului sulfurat, H 2S, sunt: extragerea și
concentrarea H 2S, în vederea unei conversii ulterioare; conversia hidrogenului sulfurat în
sulf, prin metoda Claus sau procedee de tip Redox; cataliza heterogenă (Sulfreen) sau în
mediu lichid (Clauspol); procedee diverse bazate pe cărbune activ, spălare, schimb
molecular.

Extragerea și concentrarea hidrogenului sulfurat
Extragerea și concentrarea hidrogenului sulfurat se poate face prin procedee bazate
pe absorbție chimică, fizică sau fizico -chimică. Absorb ția chimic ă se bazează pe o reacție
exotermă .
O fază lichidă, conținând reactivul, circulă în contracurent cu faza gazoasă care
trebuie epurată. Reacția chimică intervine după disoluția hidrogenului sulfurat, conținut în
fază gazoasă, în mediul lichid. Este necesară o foarte bună desprăfuire a gazelor, pentru a
evita fenomenele de colmatare în reactori.
Absorbția este realiza tă la presiune medie sau ridicată și la temperatură joasă, iar
regenerarea reactivului implică reducerea presiunii și creșterea temperaturii. Reducerea
presiunii parțiale a H 2S se poate obține prin detenta sau prin diluarea cu un gaz.
Soluția utilizată pe ntru fixarea hidrogenului sulfurat se poate baza pe alți compuși
existenți în gazul tratat, cel mai adesea pe CO 2.
Reactivii utilizați trebuie să aibă o putere de absorbție ridicată, să fie regenerabili,
cu costuri reduse, să nu fie toxici sau corozivi. P rintre reactivii utilizați sunt aminele și
carbonatul de potasiu. Absorbția H 2S în soluție de amine are loc la temperaturi medii de
20÷50 °C și se bazează pe reacțiile:

75
2R2NH +H2S → (R2NH 2)2S
(R2NH 2)2S + H 2S →2R2NH 2HS
Carbonatul de potasiu are avantajul reținerii simultane a hidrogenului sulfurat și dioxidului
de carbon, conform reacțiilor globale:
K2CO 3 + CO 2 +H2O →2KHCO 3
K2CO 3 + H2S →KHS + KHCO 3

În cazul adsorb ției fizice, solventul extrage hidrogenul sulfurat din gaze prin contact
fizic și îl eliberează printr -o detentă ulterioară, la joasă presiune.
Performanțele procedeului depind, în mare parte, de presiunea gazului tratat; o
presiune ridicată și o temperatură coborâta favorizează adsorbția fizică. Avantajele
adsorbției fizice constau în ac eea că, fenomenele de coroziune sunt mai reduse, consumul
de energie pentru regenerare este mai mic și solvenții sunt mai puțin toxici. Dezavantajele
principale sunt: adsorbția depinde mult de presiunea parțială a H 2S gazos, de coadsorbtia
altor hidrocarburi și cost ridicat al solventului .
Principalii solvenți utilizați sunt: metanol, în procedeul Rectisol; tri -n-2-pirolidon,
în procedeul Purisol; carbonatul de propilenă, în procedeul Fluor Solvent; dimetil eter de
polietilenă glicol, în procede ul Selexsol; metil -izopropil eter de polietilenă glicol, în
procedeul Sepasolv.
Procedeele bazate pe absorb ție fizico -chimic ă sunt intermediare între absorbția
fizică și chimică, utilizându -se ca solvanti: sulfolan + amâne, în procedeul Sulfinol;
metanol + amâne, în procedeul Amisol.

Conversia hidrogenului sulfurat în sulf

Conversia hidrogenului sulfurat în sulf se poate face prin următoarele metode
generale: pe cale termică, cuplată cu o cataliză heterogenă gaz -solid, prin procedeul Claus;
prin procedee bazate pe o spălare chimică oxidantă, cunoscute ca procedee Redox.
Procedeul Claus este cea mai răspândită metodă de obținere a sulfului elementar, plecând
de la hidrogenul sulfurat, permițând simultan o reducere a emisiei de oxizi de sulf de la
rafinării sau extracții de gaze.

76
Prima etapă a procedeului Claus constă în combustia, la 850÷900 °C, a H 2S, după
reacția: H 2S3 + 2O2 → H2O + 2SO 2. Gazul obținut are o compoziție apropiată de cea
stoichiometrica a reacției Claus .
Echilibrul acestei reacții depinde de temperatură, ( figura 8). Sulful format
(aproximativ 60 %), în stare lichidă este recuperat într -un prim condensator. Gazele sunt
apoi reîncălzite și trecute printr -un reactor catalitic, unde reacția Claus poate continuă,
recuperând încă circa 3 0 % din sulf, într -un condensator secundar. După aceasta, gazul
poate fi din nou reîncălzit și trecut printr -un al doilea reactor catalitic, unde se mai poate
recupera circa 6 % din sulf. Un al treilea etaj catalitic poate recupera încă 3 % din sulf.
La ieșirea din unitatea de tip Claus gazul conține suficient H 2S, SO 2, CO S, CS2, sulf
elementar, astfel ca, înainte de evacuarea în atmosferă este tratat termic sau catalitic.
Catalizatorii utilizați în unitățile de tip Claus sunt pe bază de alumină, cu o suprafața activă
specifică ridicată, peste 200 m2/g.

Principalele adaptări ale procedeului de bază, Claus, au ca obiective:
– tratarea gazului, pentru a evita formarea ulterioară de acizi care să afecteze catalizatorul,
realizată, în principal, prin ri dicarea temperaturii de combustie într -o cameră de ardere
adaptată special;
– admiterea în unitatea de tratare, simultan cu H 2S și a SO 2;
– mărirea fiabilității procesului, prin prevederea a două unități în paralel;
– condiționarea gazului, pentru tratarea ulterioară a acestuia;
– mărirea flexibilității unității, care să poată funcționa cu un conținut de H 2S între 5 –100 %
și la sarcini între 5 –100;
– prevederea unor soluții de siguranță, în caz de probleme, la unitatea de tratare.

77

Fig 8: Conversia H 2S în funcție de temperatură.
Principalele procedee propuse au în vedere înlocuirea aerului de ardere cu oxigenul,
în procedeul OxyClaus și COPE (Claus Oxygen -based Process Expansion), sau cu un
amestec de O 2/SO 2, în procedeul NOTICE (NO Tie In Claus Expansion process) și HCR
(High Claus Rațio).
Procedeele de tip Redox utilizează soluții apoase, pe bază de fier feritic, care rețin,
prin schimb de masă, hidrogenul sulfurat și alți compuși, separând, în final sulful, pe baza
diferenței de presiuni parțiale. Recu perarea sulfului se face prin filtrare sub vid, sub
presiune, spălare, etc. Primul procedeu de tip Redox comercializat a fost, în 1959,
procedeul Stretford, care utilizează un lichid conținând carbonat de sodiu, vanadiu
pentavalent, acid antraquinon 2.7 -disulfonic (ADA) și acid citric anhidru (ACA).
Carbonatul de sodiu realizează alcalinitatea necesară soluției pentru ionizarea H 2S
în H+ și HS-. HS- este apoi oxidat de vanadiu în sulf elementar, conform reacției:
HS- + 2V5+ → 2V4+ +H+ + S .

78
Deoarece vanadiul tetravalent este mai puțin solubil decât cel pentavalent, se
adăugă acid citric pentru a evita precipitarea, iar prin acțiunea catalitică a ADA, se
realizează reoxidarea vanadiului tetravalent în pentavalent. Sulful este reținut prin flotare,
iar ADA este regenerat cu ajutorul oxigenului din aer.
O ameliorare a procedeului de bază a fost obținută prin utilizarea, ca agent activ, a
acidului 1.4 naphtaquinan 2 -sulfonic, care are un potențial de reducere dublu față de ADA.
Această metodă este cunoscu tă că procedeul Takahax.
Procedeul Hiperion este o îmbunătățire a metodei Takahax, prin utilizarea pentru
regenerare a chelatului metalic. Etapele de reducere sunt:
1) disoluția H 2S în soluție alcalină;
2) formarea sulfului;
3) regenerarea catalizatoru lui și formarea peroxidului de hidrogen;
4) reducerea peroxidului de hidrogen, la apă, cu HS- .
Un alt procedeu de tip Redox este Sulfolin, care se bazează pe utilizarea unei soluții
apoase, conținând carbonat de sodiu și sare de vanadiu. Regenerarea soluției se face prin
aerare.

Tratarea catalitic ă
Tratarea catalitică poate fi heterogenă (gaz/solid), aplicată în cazul procedeului
Sulfreen sau în mediu lichid, la procedeul Clauspol.
Procedeul Sulfreen de tratare catalitic ă heterogen ă se aplică gazului la ieșirea dintr –
o unitate de tip Claus. Hidrogenul sulfurat și dioxidul de sulf, conținut în gaze este
convertit în sulf, conform reacției lui Claus , 2H2S + SO2 → 3S +H2O, prin utilizarea unui
catalizator solid și la temperatură normală de ieșire, de 125÷135 °C, care este sub
temperatura punctului de rouă acidă. Sulful format este absorbit în porii catalizatorului,
astfel că, este necesară regenerarea acestuia după o anumită perioadă de funcționare.
Regenerarea catalizatorului se face prin desorbți e termică a sulfului. Rezultă un proces
alternativ de funcționare, cu o succesiune de faze de adsorbție, desorbție și răcire.
Procedeul Clauspol de tratare catalitică în mediu lichid, se bazează pe trecerea în
contracurent a gazului ce trebuie tratat prin tr-o soluție lichidă, conținând ca solvent glicol
de polietilenă sau un compus comercial denumit PEG. Reactorul în care se desfășoară
reacția are la partea inferioară, pe unde se introduce gazul, mai multe straturi de sare în

79
ceramică, având și rol de dist ribuție a gazului. Inconvenientul principal este acela că,
temperatura de reacție trebuie menținută între 120÷122 °C. Variantele îmbunătățite conțin
și o buclă de desaturare a solventului în sulf.
Asocierea unei unități de tip Claus cu una de tip Clauspol permite reducerea cu 90
% a emisiilor de SO x și, practic total, a emisiilor de mercaptan.

Procedee diverse
Reducerea hidrogenului sulfurat se mai poate face prin utilizarea cărbunelui activ, a
spălării cu sodă și carbonat de soda și schimb molecular. Adsorbția hidrogenului sulfurat
pe cărbune activ este relativ slabă, numai de 0.1÷0.2 % din masa sa. Prin impregnarea
cărbunelui cu un catalizator pe bază de iodură de potasiu, se permite ridicarea cu 50 % a
ratei de reținere, prin favorizarea oxidării hid rogenului sulfurat în sulf.
Reacția globală de reducere este: H 2S + 1/2O2 → H2O + S.
Cărbunele activ, care are o rată de retenție a sulfului de maxim 50 %, nu se poate
regenera și, prin urmare, trebuie înlocuit după săturare. Eficacitatea de reținere a cărbunelui
activ se reduce atunci când în gazele tratare sunt și COV.
Reducerea hidrogenului sulfurat prin spălarea cu sod ă și carbonat de sodiu se bazează pe
neutralizarea acestuia, conform reacțiilor:
H2S + NaOH → NaHS + H2O; H2S + 2NaOH → Na2S + H2O
H2S + Na2CO3 → Na2S + H2O + CO 2; CO 2 + 2NaOH → Na2CO 3 + H2O,

Din aceasta metodă rezultă că subprodus o soluție conținând Na 2S , NaHS și
Na2CO 3. Rata de reducere a hidrogenului sulfurat depășește 95 %, dar apare un consum
substanțial de sodă și carbonat de s odiu.
Reducerea hidrogenului sulfurat prin schimb molecular se bazează pe utilizarea
zeoliților. Zeoliții sunt alumino -silicati cu o structură microporoasă care permite formarea
unor canale regulate de dimensiuni moleculare (de ordinul a 10-10 m). Schimbul molecular
este bazat pe două principii: reținerea tuturor moleculelor care depășesc dimensiunea
canalului; adsorbția în zeolit, datorită afinității pentru hidrogenul sulfurat.
Schimbul molecular are o mare afinitate pentru moleculele polare precu m cele de
H2S, apă, mercaptani, dioxid de carbon. Reactivii utilizați sunt, în general, în funcție de
compușii gazoși ce trebuie reținuți. Această legătură este dată de diametrul porilor

80
zeolitului care trebuie să corespundă cu diametrul cinetic al molecul ei de compus gazos
reținut. Ca zeoliți, au fost folosiți pentru temperatura înalta, ZnO, ZnTiO 2 și TiO 2.
Pentru că procesele de desulfurare la temperatură înalta să fie economice,
absorbantul trebuie să fie regenerabil și trebuie să -și mențină activitatea de-a lungul a
multe cicluri de sulfurare -regenerare. Cele mai multe probleme ale absorbanților pe bază
de zinc sunt asociate cu faza de regenerare a ciclului. Din cauza afinității puternice dintre
sulf și zinc, regenerarea se poate face numai utilizând O 2.
Oxidarea ZnS la ZnO și SO 2 este puternic exotermă (DH 600C = – 779kJ/mol) și
conținutul de O 2 al gazului de regenerare trebuie să fie scăzut, în scopul de a controlă
temperatura de regenerare, care necontrolată, va conduce la sinterizare și pierderea
activității absorbantului. Reducerea conținutului de oxigen al alimentării cu gaz de
regenerare, provoacă un conținut prea scăzut de SO 2 al gazului produs pentru fabricarea
economică a sulfului.

3.3.4. Concluzii:

– prezența particulelor de compuși de su lf în aerul eliminat din majoritatea proceselor
industriale este foarte periculoasă, ducând la grave efecte adverse asupra mediului
înconjurător și sănătății populației;
– instalațiile de desulfurare a gazelor industriale sunt foarte importante pentru menț inerea
unui mediu înconjurător cât mai curat și sănătos;
– desulfurarea gazelor se poate face în mai multe moduri:
– prin procedee uscate:
– bazate pe adsorbție fizică
– bazate pe adsorbție și reacție chimică
– bazate pe procese chimice, catalitice sau necatalitice
– prin procedee umede:
– bazate pe procese de absorbție fizică, în soluții
– bazate pe procese de absorbție și reacție chimică, în soluții sau în suspensii
– prin procedee combinate, în cadrul cărora pot avea loc procese complexe, atât fizi ce cât și
chimice;
– compușii de sulf rezultați pot fi refolosiți.

81
4. ASPECTE TEORETICE PRIVIND DESULFURAREA GAZELOR
REZIDUALE

4.1. ASPECTE TEORETICE PRIVIND DESULFURAREA GAZELOR REZIDUALE PRIN
ABSORBȚIE, LA TEMPERATURĂ JOASĂ

Procedeele de desulfurare la temperatură joasă se caracterizează prin absorbția
oxizilor de sulf într -o soluție alcalină pe bază de combinații de calciu, magneziu, sodiu,
amoniac, obținându -se ca produși finali sulfații respectivi.
Solubilitatea dioxidului de sulf în apă este mică, ea scăzând cu creșterea
temperaturii.
În timpul absorbției în apă are loc un proces de hidroliză, conform ecuației:
SO 2 + H 2O  H+ + HSO-
3 (4.1)
Pentru a crește gradul de absorbție al SO 2 în soluții apoase este necesară
introducerea în sistemul de absorbție a unei substanțe care să îndepărteze protonul (H+),
sau să lege anioniul bisulfitic (H SO 3-). Pentru aceasta se folosesc soluțiile unor substanțe
cu caracter bazic.
Procesul de absorbție a SO 2 în soluții alcaline este un proces heterogen, în
majoritatea cazurilor, reacția chimică are loc în faza lichidă, iar cel puțin unul din reactanți
provine din faza gazoasă.
Reacția chimică și transferul de masă se influențează reciproc.
Prezența reacției chimice concomitent cu transferul de masă se poate cuantifica
definind factorul de amplificare al transferului de masă și factorul de utilizare a fazei
lichide, denumiți factori de limită.
Deoarece pentru cele trei modele clasice ale transfer ului de masă (modelul filmului,
penetrației și reînnoirii suprafeței), factorul de amplificare al transferului de masă are
aceeași valoare, pentru transferul de masă se alege modelul filmului. Prin teoria filmului,
rezistența la transferul de masă se consi deră concentrată în două zone de dimensiuni relativ
mici situate de o parte și de alta a interfeței, fenomenele complexe ce au loc în filmul de
lichid având la bază mecanismul difuzional.

4.2. MODELUL MATEMATIC AL ABSORBȚIEI SO 2 ÎNTR -O SUSPENSIE DE Ca( OH) 2

Interacțiunea dintre transferul de masă și reacția chimică în termeni de factori limită
a fost studiată în mai multe rânduri. Astfel, Ramachandram și Sharma (1969) au pus bazele
modelului filmului, remarcând că în filmul de lichid se pot întâlni două cazuri:
1. dizolvarea solidului în filmul de lichid (nu este importantă);
2. dizolvarea solidului în filmul de lichid este importantă, viteza de absorbție a
gazelor în prezența particulelor solide este mult mai mare decât în absența
acestora.

82
Uchida și colabora torii (1975) au considerat cazul 2 ca unul teoretic și au arătat că
viteza de dizolvare a solidului este limitată de reacția dintre gazul absorbit și solidul
dizolvat în filmul de lichid.
În cele ce urmează sunt prezentate două modele [6] pentru procesul d e absorbție cu
viteză finită de reacție într -o suspensie. Procedeul este analizat pornind de la modelul
filmului și este comparat cu datele experimentale.
Modelul I (este o extindere a modelului lui Ramachandran și Sharma) are
următoarele premize:
– procesul de absorbție are loc în filmul de lichid și decurge după o reacție
reversibilă de ordinul II:
A(G) + B(L)  Produși (4.2)
– cele două procese, transferul de masă și reacția chimică, au loc paralel;
– reacția chimică este instantanee.
Modelul matematic este format din ecuațiile de difuzie ce au loc în filmul de lichid,
cu condițiile limită respective:
– ecuația difuziunii prin filmul lichid al fazei gazoase:
BAA
A CkC
dzCdD22
(4.3)
– ecuația difuziunii prin filmul de lichid al speciei solide:
BA B B pSB
B C nkC C CAk
dzCdD
S 22
(4.4)
condiție limită:
0z
iA AC C
0dzdCB (4.5)

Lzz
0AC
LB BC C (4.6)
Ecuațiile nu pot fi rezolvate analitic. Pentru rezolvare se adimenisionează:
iAA
ACCy
;
Lzzx ;
LBB
nCCy (4.7)
Se notează:
pdpwAp6
(4.8)
20
LA B
kDkCM
(4.9)
BL
pSDzAkN2

(4.10)
BA
DDr
(4.11)
SA
BC
qi
(4.12)
Se obțin ecuațiile:
BAAyMy
dxyd22
(4.13)

83

BA q BByMyr y N
dxyd 122 (4.14)
Condițiile devin:
0x

1Ay
0dxdyB (4.15)
1x

0Ay
1By (4.16)
Rezultatele sunt exprimate prin folosirea factorului limită (de amplificare) definit
de relația:
0


xA
dxdy
(4.17)
Modelul II (extinderea modelului Uchida și colaboratorii) este model ul reacției cu
două planuri și are următoarele premise:
– viteza de dizolvare a solidului este accelerată de reacția dintre gazul absorbit și
solidul dizolvat în filmul de lichid;
– reacția chimică este instantanee.
Modelul matematic este alcătuit din ecuațiil e difuziei în filmul de lichid al
reactantului gazos și solid:
BAA
A CkC
dzCdD22
(4.18.)
BA B B APSB
B CkC C CCAk
dzCdD
S 22
(4.19.)
Scrise în formă adimensionalizată:

BAAyMy
dxyd22 (4.20.)

BA q A AdByMyr y yN
dxyd 122 (4.21.)
Comparativ cu Modelul I, viteza de dezvoltare a lichidului care aste amplificată cu
factorul
A dy ce reprezintă factorul limită pentru dezvoltarea solidului, iar în cazul
reacției instantanee este maxim:

A q dy r 1
Rezultatele numerice ale celor două metode sunt prezentate în figurile 4.1. respectiv
4.2.

84
Fig. 4.1. Relațiile între factorii limită și modelul M pentru absorbția gazului în
soluție conținând particule solide (r=q=1).

Fig. 4.2. Comparație între factorii limită pentru absorbția gazului în soluție
conținând particule solide, cu factorul limită (de amplificare) pentru absorbția gazului în
soluții ce conțin particule solide (r=q=1).

85
Figura 4.1. reprezintă relația dintre factorul limită de amplifica re și modul Hatta,
raport viteză reacție chimică / viteză transfer masă, ca un parametru al lui N, valorile
parametrului N = 1,5; 3; 4,5 corespund concentrației de solid W = 0,1; 0,2; 0,3
3/mg
calculate dintru exemplu dat de Uchida și col aboratorii, folosind particule cu diametru de
410
cm.
Figura 4.2. redă comparația dintre factorii limită pentru absorbția gazului în soluție
conținând particule solide, cu factorul limită (de amplificare) pentru absorbția gazului în
soluții ce nu conțin particule solide (r=q=1).
Rezultă că raportul între viteza de absorbție într -o soluție conținând particule solide fine,
AN
, și viteza de absorbție într -o soluție saturată ce nu conține particule solide
0AN este
echivalent cu raportul factorilor limită în aceleași condiții
0/ .

CAPITOLUL IV: SUDIU DE CAZ 1: INSTALATIE DESULFURARE GAZE
ARSE CET ROVINARI

Scurtă descriere:
Emisiile de SO2 reprezintă una din cele mai mari probleme pentru
termocentralele pe cărbune. Ca rezultat al reglementărilor de protecție a mediului
referitoare la emisiile de SO2, este necesară desulfurarea gazelor de ardere. Această lucrare
evidențiază soluția pentru conducerea instalației de d esulfurare a gazelor de ardere (IDG)
aplicată la termocentrala Rovinari.
Proiectul constă în implementarea unei instalații de desulfurare – IDG, de tip
umed, cu piatră de calcar la cazanul de abur de 1035 t/h – bl. nr. 3 de 330 MW, în veder ea
reducerii conținutului de SO2 din gazele de ardere provenind din utilizarea combustibililor
fosili.

Instalația de reținere a SO2 din gazele de ardere este formată din:

 instalația de absorbție propriu -zisă a SO2;
 instalația de preparare a suspensiei de calcar;
 instalația de preparare -uscare a produsului secundar -gipsul.

86
IDG reprezintă un ansamblu de construcții, ce se amplasează în spațiul rămas
liber prin dezafectarea bl. nr. 2 de 200 MW și demolarea zonei spate cazan bl. 1 -2.
Suprafa ța ocupată este de 3500 m2 și se desfășoara între estacada benzilor de alimentare cu
cărbune a bl. nr. 3 -6 și instalația spate cazan bl. nr. 1.
Datorită construcției cazanului de abur tip turn, ventilatoarele de gaze de ardere se află pe o
platformă la cot a + 92,00 m.
Soluția de implementare a IDG a impus preluarea gazelor de ardere de la VGA
prin două canale (S = 25 m2 fiecare), ce vor avea un traseu vertical până la cota +8,50,
respectiv 13,50 și, apoi, un traseu orizontal până la schimbător ul rotativ gaz/gaz, respectiv
instalația de absorbție. Lungimea canalelor de gaze de ardere este de circa 200 m. Gazele
de ardere sunt tratate într -un absorber de tip turn, unde este pulverizată suspensia de calcar.
Piatra de calcar necesară este adusă la CTE Rovinari pe cale ferată de la carierele din zonă.
În vederea descărcării pietrei de calcar, se realizează o stație închisă (L = 75 m, l = 8 m,
Hmax = 5,5 m), amplasata paralel cu prima stivă de cărbune concasat. Buncărul de stocare
a pietrei de calcar este subteran, sub stația de descărcare, având aceleași dimensiuni și
radierul la cota -7,00 m. Preluarea pietrei de calcar se face cu ajutorul a două alimentatoare
cu braț, amplasate de o parte și alta a buncărului. Instalația de preparare a suspensiei de
calcar este formată dintr -un concasor siloz de zi, o moară cu bile umedă, un hidrociclon,
rezervoare și pompele aferente. Piatra de calcar cu dimensiuni 40¸ 60 mm, este măcinată,
preparându -se o suspensie de calcar cu o concentrație masică de 30%.

Evacuarea gipsului s -a realizat în două variante :

 evacuarea în stare umedă, când șlamul de gips este trimis la depozitul de zgură și cenușă;
 evacuare în stare uscată, când gipsul uscat poate fi valorificat pe piața locală.

Instalația de prepara re-uscare a gipsului este formată dintr -un filtru presă cu vid
separator cu picături, rezervoare și pompele aferente. Gipsul va fi descărcat gravitational
din siloz în mijloace auto specializate. Apa de proces este în cea mai mare parte recirculată,
debitu l de apă tehnologic uzată ce nu este reutilizat este trimis spre stația de pompe Bagger
a bl. nr. 3. Pentru alimentarea cu apa industrială s -a realizat o stație de pompe subterană.
Aerul comprimat necesar IDG se asigură dintr -o nouă stație de compresoare. Alimentarea
cu energie electrică a IDG se realizează printr -o stație de 6 kV, o stație de 0,4 kV, o stație
de curent continuu și o cameră de comandă electrică. Conducerea, supravegherea și
controlul IDG va fi dintr -o cameră de comandă individuală.
Evacuarea gazelor de ardere curate se va realiza cu 2 VGA printr -un coș de fum
din beton armat H = 120 m, f 6,4 m. S -a păstrat posibilitatea evacuarii gazelor de ardere
aferente bl. 3 prin coșul de fum existent, H = 220 m, f = 8,2 m, atunci când IDG este în
avarie sau reparație.
Noul coș de fum se construiește în locul coșului de fum aferent bl. 1 și bl. 2, ce
urmează a se demola.

87
Se vor prezenta succint doua instalatii de Desulfurare Umeda a Gazelor instalate la
CE Rovinari (2×330 MW).
Construirea instalatiilor de Desulfurare Umeda a Gazelor permite reducerea
limitei de emisie a SO2 la valoarea de 400 mg/Nm3 uscat, la 6% O2, in gazul emis in
atmosfera.

• Instalatia de Desulfurare Umeda a Gazului include urmatoarele sistem e
principale:

– Sistemele absorberului
– Sistemul traseului de gaz
– Sistemul de aprovizionare / stocare / preparare a calcarului
– Sistemul de distribuire a solutiei de calcar
– Sistemul de deshidratare primara a gipsului
– Transferul Slamului d e gips catre faza densa
– Sisteme auxiliare

 Toate reactiile chimice ale procesului de desulfurare au loc in
absorber , in special in tancul de reactie.
 Reactiile chimice, care apar intrun sistem de spalare umed cu calcar
, pot fi caracterizate ca o seri e de etape.

Principalele etape care pot apare simultan sunt:
a. Absorptia
b. Neutralizarea
c. Regenerarea
d. Oxidarea
e. Precipitarea

a. Absorptia: Acesta este primul pas in procesul de indepartare.
Reprezinta absorptia dioxidului de sulf in solutia de spalare. Absorptia
este operatia de transfer de masa a unui compus gazos solubil intrun lichid.

b. Neutralizarea: In aceasta etapa , SO2 absorbit reactioneaza cu solutia de
calcar si alte alcalii prezent e. Acest proces are loc initial in zona de spalare a
absorberului. In aceasta etapa rezulta si dioxid de carbon care este emis sub
forma de gaz.

c. Regenerarea este adaugarea de calcar solutie care asigura reactivul ce va
reactiona cu SO2 pentru a forma sulf atul de calciu, CaSO4. Calcarul este o
substanta bazica si ajuta si la echilibrarea pH -ului slamului pentru a evita ca
acesta sa devina prea acid.

88

d. Oxidarea este procesul de combinare (reactie) a unei substante cu
oxigenul. In timpul procesului de oxidare sulfitul este convertit la sulfat, de
exemplu la gips – CaSO4.

e. Precipitarea este procesul prin care o substanta este separata dintro solutie
printro schimbare chimica. In zona de reactie a absorberului, cand solutia
devine saturata , sulfatul de calciu precipita formind cristale.

Reactiile in fiecare etapa a procesului pot fi grupate in trei categorii : reactii gaz –
lichid , reactii lichid -lichid si reactii lichid – solid.

89
Sistemul absorberului :
• Absorberul este cel mai important sistem din toata Istalatia de Desulfurare a Gazului .
o Absorberul este un vas vertical unde gazele arse sunt supuse unui proces de
tratare chimica – este numit si Open Spray Tower (OST).

o Debitul de gaze arse provine din circuitul de dupa cazan, iar gazele tratate
care ies din absorber sunt evacuate in atmosfera prin intermediul unui cos.

o Zona absorberului include urmatoarele echipamente:
 Pompe recirculare absorber
 Suflante aer de oxidare
 Nivele de spalare si diuze de stropire
 Separator de picaturi
 Agitatoare rezervor de reactie
 Lanci distributie aer de oxidare

90

Sistemul absorberului.

Sistemul de stocare si preparare a solutiei de calcar

91
•Silozul pentru stocarea calcarului este desemnat pentru a primi, stoca si masura
praful de calcar.
•Linia de descarcare a calcarului este alcatuita din silozul de stocare si facilitatile
de incarcare si descarcare (dozare).
•Praful de calcar este dozat din siloz cu ajutorul unei vane
rotative si cantarit cu ajutorul alimentatorului cu cantar.
•Praful de calcar este descarcat in rezervorul de preparare a slamului de calcar unde
este amestecat cu apa de proces in scopul obtinerii concentratiei de solide (calcar)
necesara.
•Slamul de calcar este apoi trimis la absorber de pompele de alimentare a
absorberului.

92
Sistemul circuitului de gaz

•Sistemul circuitului de gaz deriva din circuitul principal de la cazan.
•Sistemul circuitului de gaz include conductele relevante si ventilatorul.
•In timpul operarii normale, gazele epurate sunt evacuate in atmosfera printr -un cos nou.

93

Sistemul de deshidratare primara si transfer

•Scopul sistemului de deshidratare este de a indeparta cristalele de gips din
slamul din tancul de reactie, producind un gips care poate fi evacuat, si recuperarea apei
pentru a fi reutilizata in proces.
•Hidrocicloanele realizeaza separarea dintre cristalele de gips
(cristale grosiere, mari) si calcarul nereactionat (cristale fine).
•Cristalele de gips su nt trimise catre fluxul inferior al hidrociclonului si
de aici catre rezervorul intermediar de gips in timp ce calcarul nereactionat este trimis
catre fluxul superior (preaplin) al hidrociclonului si de aici este trimis catre
rezervo rul intermediar de preaplin sau returnat in absorber.
•Gipsul din Rezervorul intermediar este trimis catre Faza Densa (DP) sau stocat
temporar in Rezervorul de transfer al gipsului.
•Fluxul superior din Rezervorul intermediar de preaplin este trimis catre
Faza Densa (DP) sau stocat temporar in Rezervorul de transfer al gipsului.
•Rezervorul de transfer al gipsului este folosit pentru a stoca pe o perioada scurta
slamul in cazul in care nivelul este ridicat in rezervoarele intermediare sau cand F aza
Densa nu poate primi slam.
•Slamul din Rezervorul de Transfer este trimis inapoi in Rezervorul Intermediar
de Gips aferent Unitatii 3 sau Unitatii 6 sau , in caz de urgenta , slamul poate fi trimis la
Bazinul de Urgenta.

94

95
Ventilatorul principal

•Ventilatorul este axial cu viteza constanta (fixa) si pale cu unghi variabil. El
asigura depresiunea necesara sistemului IDGU.
•Unghiul palelor ventilatorului este reglat (ajustat) pentru a mentine o valoare
setata a presiunii in sistem.
•Ventilatorul este pornit numai ca parte integrata a secventei principale de pornire
a instalatiei IDGU si este oprit , in conditii normale , ca parte integrata a secventei
principale de oprire a IDGU , dar este operatiile sunt control ate de DCS -ul cazanului. In
cazul coditiilor de avarie ventilatorul este oprit (secventa oprire de urgenta) controlata de
DCS -ul IDGU.Cele doua DCS – uri (cazan si IDGU) comunica in permanenta.

96

Sisteme auxiliare

• Sistemele auxiliare ale IDGU :
− Sistemele de drenaj (absorber, cos si zona calcar)
− Sistemul de racire de urgenta
− Sistemul de stocare a gipsului
− Sistemul de desprafuire al silozului
− Sistemul apa de proces
− Sistemul aer instrumental/servi ce

•Sistemele de drenaj includ basele colectoare, pompele baselor, agitatoarele de
la bads si conductele aferente.
•Sistemul de racire de urgenta include rezervoarele aferente si conductele
aferente.
•Sistemul de stocare a gipsului include rezervoarele, agitatoarele , pompele si
conductele aferente.
•Sistemul de desprafuire include filtrele si ventilatorul aferente in zona
stocarii calcarului.
•Sistemele fluidelor auxiliare includ rezervoarele si retelele de distributie
aferente.

97

SISTE MUL DISTRIBUI T DE CONTRO L PENTR U INSTALAȚ IA DE
DESULFURAR E A GAZELOR DE ARDER E – CTE ROVINARI

1. Generalit ăți

Unii dintre cei mai mari poluatori cu dioxid de sulf sunt termocentralele de mare
putere ce funcționează pe cărbune. CTE Rovinari se încadrează în rândul acestor
poluatori. Ter mocentrala Rovinari are o putere instala tă de 1320 MW (4×330), formata
din blocurile energetice nr. 3, 4, 5 si 6, puse în funcțiune in perioada 1976 – 1979.
Fiecare grup energetic este construit în așa nu mita schemă bloc, unde cazan ul de abur,
turbi na și gener atorul, î mpreună cu toate inst alațiile auxiliare for mează o unitate.
Datele tehnice ale fie cărui grup de 330 MW sunt:
Cazan:

• tip: Benson, construc ție turn, lice nță
Babcock;
• presiune abur viu 196 ata;
• temperatura abur viu 540 °C;
• Debit no minal 1035 t/h.
Turbina
• Licență Rateau-Schnei der;
• presiunea aburului la intrare in corpul de înalta presiune 186 ata;
• temperatura aburul ui la intrare in corpul de înalta presiune 535 °C;
• viteza de r otație 3.000 rot/min;
Generator:
• Puterea activa 330 M W;
• Putere aparenta 388 MVA;
• Cos φ 0,85;
• Tura ția 3.0 00 rot/ min;

98

2.Emisiile de S O2

Datorita complexit ății constru cțiilor, instalațiilor si proceselor tehnologice, a
materiilor prime si deșeurilor rezultate, a suprafe țelor ocupate de depozitele de
zgura si cenușă, centrala are un impact negativ asupra factorilor de mediu ( apa, aer, sol,
peisaj). Co mbustibilul utilizat la cazanele de 1035 t/h de la CTE Rovinari este lignitul
de Rovinari cu o putere calorifică inferioară de 1664…2456 kcal/kg și cu un
conținut de sulf de 0,5…1,35 % cu o valoare medie de 1%. Co mbustibilul de adaos
necesar susținerii flăcării (8%) este gazul natural (cu puter ea calo rifică de 8050
kcal/N m3) sau păcura, cu putere calorifică de 9200 kcal/kg și un con ținut de sulf
de 0,97…3,3 %. Valorile esti mate ale emisiei de bioxid de sulf (mg/Nm3) în actualele
condiții de fun cționare a caza nelor de abur su nt date în tabel ul 1.

Tabelul 1

Sulf %
0,5
1
1,35

Emisii SO 2[mg/Nm 3]

Lignit + păcură
3005
5752
7673

Lignit + gaz

2720

5443

7347

99
Valorile măsurate ale emisiei de bioxid de sulf în gazele de ardere sunt
cuprinse între
3500 și 6500 mg/Nm3 și accidental peste 7000 mg/Nm3.Cazanele de abur de 1035
t/h au fost puse în func țiune înainte de anul 1987 și confo rm HG nr. 541/2003 sunt
considerate instala ții mari de ardere existente de tip I și trebuie să- și red ucă emisiile de
substan țe poluante în gazele de ardere pâ nă la 1 ianuarie 2012. HG nr. 541/2003 și
Directiva UE 2001/80 prevăd ca pentru e misiile de bioxid de sulf valoarea maximă să fie
de 400 mg/Nm3.

3. Desulfurarea ga zelor de ardere Tehnologiile de desulfu rare dezvoltate în
ultimii ani conduc, pe de o parte, la eli minarea aproape totală a emisiilor de
SO2, iar pe de altă parte la i nvestiții importa nte.

100

Investi țiile cuprind două aspecte:

– investi ții pentru instalațiile tehnologice propriu -zise;
– investi ții pentru sistemele de conducere ale respecti velor instala ții tehnologice.

Pentru a respecta prevederile Uniunii Europene privind emisiile, stipulate in
Tratatul de aderare si in Directi va 2001/80/EC, obiectivul global al CE
Rovinari este acela de a aloca fiecărui grup energetic propriul sistem de desulfurare
umeda a gazel or de ardere (IDG) – figura 1. Reactiv ul calcar măcinat este folosit pentru
a int ra în reacție cu SO2 din gazele de ardere, rea cție din care rezulta ca produs
secundar gipsul (suflat de calc iu hidratat) ce va fi evacuat împreună cu zgura si cenușa
prin metoda fluidului dens. Gazele de ardere intra în absorber, unde urca prin mai multe
niveluri de pulverizare în contracure nt. SO2 si alte gaze aci de (de ex. HCl, HF) sunt
absorbite în șla mul de spălare, care cade în partea infer ioara a rezervorului cunoscut sub
denu mirea de rezervor de rea cție. Aici, se adăugă calcarul măcinat fin pentru a neutraliza
si a regenera șlamul de spălare. Oxigenul sub fo rma de aer co mprimat este injectat
finalizând rea cția de spălare si de fo rmare a ghipsului.

Cerințe pentru sistemul de control a IDG

Conducerea instal ației de desulfurare se va realiza centralizat de la nivelul unei
camere de co mandă cu personal operativ (ca meră în care se vor afla stațiile de operar e) și
acope ră toate si stemele de proces, precum și siste mele electrice aferente. Siste mul de
conducere trebuie să fie de tip distribuit, redundant la toate nivelurile, să fie deschis,
să permită schimbul de date cu siste mele de conducere (DCS – dacă există) ale
grupurilor ener getice respecti ve. Conducerea instal ației de desulfurare se va realiza

101
ierarhizat pe următoarele niveluri:

• camera de co mandă a grupului;
• camera de comandă instalație de desulfurare;
• conducere locală (tablouri locale livrate cu unele instala ții tehnologice);
• conducere individua lă locală, care este redusă la oprirea de urgență a
motoarel or afere nte pompelor, ventilatoarelor, etc.

De la nivelul camerei de co mandă a cazanul ui se va realiza monitorizarea
parametrilor aferen ți gazel or de ardere, co manda aparat ului dir ector pentru reglarea
depresiu nii în focar, comanda ventilat orului de gaze de ardere, comanda clapetelor de
pe circ uitul gazelor de ard ere.
De la nivelul camerei de co mandă desulfurare se realizea ză monitorizarea,
comanda și prote cția instala țiilor specifice desulfură rii și instalațiilor anexe de sulfurării.

Arhitectura sistemului de conducere a IDG

Pentru conducerea instalației de des ulfurare a gazel or de ardere s-a optat pentru
sistemul distribuit de control Ovation – Emerson Process Manage ment a cărui
structură propusă e ste cea din fi gura 2. Caracteristicile DCS Ovation sunt:

• Realiza pentru obținerea perfor manțelor opti me la desulfurare;
• Reduce chelt uielile de operare și mentenanță;
• Optimizează consu mul de reactivi;

Se unifică sistemele de control prin utilizarea alt or soluții expert Ovation.

102

Figura 2. Structura DCS Ovation

Unul din motivele alegerii siste mului Ovation este acela că în cadrul CTE
Rovinari sunt în func țiune diferite structuri DCS Ovation. Siste mul distribuit de control
cuprinde 5 controlere redundante cu extensii pentru module I/O, unul comun, și apoi
celelalte 4 pentru instala ția de desulfurare aferen tă fiecărui bloc în pa rte. Numărul
total de module I/O și tipul acesto ra este î mpărțit între diferitele moduri
tehnologice .
Fiecare grup va fi prevăzut cu o st ație de inginerie/o perare amplasată în ca mera
de co mandă a instala ției de desulfurare, și cu o sta ție de monitorizare/operare a mplasată
în camera de comandă a grupului. Sistemul este sub forma unei rețele ethernet
redundante la care mai sunt conectate st ația de operare aferentă instala ției co mune, st ația
de isto ric, Data Base server și OPC interface. Ali mentarea DCS Ovation
aferent instal ației de des ulfurare se realizează prin intermediul unor surse
neîntreruptibile.

103

Instrumente Ovation

Ovation Power Tools reprezin tă un set co mplet integrat de progra me pentru a crea și
menține strate gia de control Ovation, graficele de proces, amplasarea punctelor I/O,
înregistrarea punctelor, etc.Setul Ovation Power Tools cuprinde:
• Control Builder.
• Graphic Builder.
• Point Builder.
• Configuration Builder.
• Report Builder.

Conclu zii

Siste mul de auto matizare a in stalației de desulfurare reprezin tă aproxi mativ 20% din
sistemul de auto matizare al blocului deservit. S -a respectat cond iția ideală ca pentru DCS
aferent instalației de desulfurare și pentru DCS al grupului energetic să existe același
furnizor – Emerson Process Manage ment. Aceasta prezintă avant ajele:

• interfață facilă între cele două sisteme distribuite;
• folosirea de simboluri identice pentru

graficele de proces;
• adaptare ușoară a operatorilor și a inginerilor de siste m.
• posibilitatea folosirii bazei de date de la un grup la altul cu un minim de modificări.
• mentenanță ușoară (existența acelui ași tip de piese de schi mb), etc.

104

CAPITOLUL V : STUDIU DE CAZ 2 – SISTEM FILTRARE GAZE FABRICA
ALUMINIU ARDAL -NORVEGIA

Introducere

Instalatia se afla in cadrul fabricii de aluminiu Hydro Ardal , a doua ca marime din
Norvegia cu o capacitate de productie de circa 321000 de tone pe an. Fabrica foloseste
bauxita care provine de la o exploatare aflata in apropiere dar si baux ita provenita de la
alte exploatari care este adusa in portul propriu din fiordul invecinat.
Productia de aluminiu reprezinta una din cele mai importante ramuri ale industriei
metalurgice, foarte multe dintre piesele care nu de mult erau confectionate din otel sau
inox acum sunt inlocuite cu piese din aluminiu , mai exact aliaje ale acestuia cu proprietati
asemanatoare dar cu masa mult mai mica.
In proportie de peste 80% ,aluminiul produs dupa anii 50 este inca in uz astazi fiind

105
un material foarte usor rec iclabil, astfel se reduce consumul de energie si poluarea
generata de productia de aluminiu. Procesul de productie de aluminiu implica mai multe
etape:
 Extragerea minereului de bauxita
 Extragerea Aluminei din bauxita cu o solutie de soda caustica si var
 Topirea aluminei (elecroliza)
 Turnarea si prelucrarea in lingouri sau alte produse

Aluminiul este produs din minereu (aluminiu primar) si resturi (aluminiu reciclat).
In 2006, productia de aluminiu la nivel mondial a fost 60.4 milioane de tone – 34 milioane
de tone de metal primar si 16.4 milioane de tone de metal reciclat.
Minereu de aluminiu sau cel mai frecvent bauxita, este abundent si apare in
principal in tropicale si subtropicale zone – Africa, Indiile de Vest, America de Sud si
Australia – cu unele depozite in Europa.
Bauxita este minata apoi rafinata in trihidrat oxid de aluminiu (alumina) prin
intermediul procesului de Bayer, care sa schimbat foarte putin de cand sa deschis prima
fabrica, cu mai mult de 100 de ani in urma. Alumina este a poi electrolitic redusa printr -un
proces de topire in aluminiu metalic.

Centre de topire a aluminiului primar se afla peste tot in lume, totusi, pentru ca este
un proces energo -intensive, ele sunt adesea in zonele unde exista cantitati abundente de
energie ieftina, cum ar fi energia hidroelectrica.
Odata ce este format aluminiu, este aliat cu alte materiale pentru a face o serie de
metale cu proprietati diferite si pot fi prelucrate in multe moduri – laminate, turnate,
extrudate. Este folosit in aplica tii si nenumarate produse si poate fi reciclat in mod
repetat.
Doua pana la trei tone de bauxita sunt necesare pentru a produce o tona de alumina
si doua tone de alumina sunt necesare pentru a produce o tona de metal aluminiu.

106

Instalatia de fi ltrare

Instalatia de filtrare prezentata deserveste o hala cu 64 de cuptoare in care se
produce aluminiu, fiecare avand o capacitate de 16t.Gazele sunt colectate de la fiecare
cuptor prin 2 canale de dimensiuni mici care converg itr -un canal cu sectiune
dreptunghiulara de 2.2metri latime si 1.5 metri inaltime care iese din hala dupa care se
bifurca in doua canale mai mici fiecare deservind 3, respectiv 2 filtre.
Instalatia dispune in prezent de 5 filtre identice fiecare dotate cu cate un ventilator
actionat de un motor de 2 kW care , la capacitate maxima este capabil sa cir cule un volum
de aer de circa 500000 / h.
Aerul care intra in filtre este poluat cu dioxid de sulf si praf de alumina, acesta
fiind motivul pentru care se folosesc atat metode de filtrare mecanice cat si chimice.

107

Filtrele foflsite in cadrul instalatiei prezentate folosesc 3 metode de filtrare :
a) Filtru ciclon (turbionara)
b) Cu saci
c) Spalare chimica cu scrubber umed
A) Filtrul ciclon(reactorul)

Se afla in partea de jos a filtrului, practic gazul venit din canalul de alimentare al
filtrului este introdus direct in acest reactor care este dotat cu o serie de elemente care
modeleaza circulatia de aer intr -un ciclon. Acest procedeu de filtrare filtreaza pa rticulele
mai putin fine , cu granulatie mare (peste 5 -6µ).

Baza filtrului este impartita in doua compartimente : partea de reactor(ciclonul) si
partea de buncar (hopper). Gazele care vin din reactor trec in hopper printr -o deschidere
intre cele 2 compartimente dotate cu un sistem de elemente de ghidaj care ajuta la
fluidizarea procesului. Practic in reactor se separa particulele de alumina cu granulatie mai
mare care se scurg din acesta in hopper care are la baza o patura din material textil
fluidizata cu aer comprimat , apoi sunt preluate de o rigola de alumina care este fluidizata
prin perna de a er comprimat.

La separatorii inerțiali mecanismul de separare este forța centrifugă, care
depinde de diferența dintre densitatea particulei de praf și a aerului în care este
antrenată, astfel că are loc separarea inerțială a particulelor de praf. Forțele de
frânare ale particulelor sunt în funcție de diametrul acestora, astfel că acești
colectori inerțiali sunt eficienți pentru particule cu diametrul mai mare de 10 µm și
foarte ineficienți pentru particule mai mici de 5 µm.
Forța centrifugă ce acționează asupra particulelor este
, unde:
mp [kg] – masa particulei; V [m/s] – viteza particulei; R [m] – raza de curbură; kC –
un coeficient de proporționalitate ce include în el diferența dintre masa specifică a
particulelor și cea a aerului și mărimea particulelor (granulația).
Din relația de mai sus rezultă că forța centrifugă crește și o dată cu aceasta se
mărește eficiența de separare cu creșterea vitezei aerului sau gazului purtător, cu
creșterea masei și diametrul particulei și cu reducerea razei de curbură.

108

109
In figurile de mai sus se poate observa amplasarea grupului hopper -reactor in cadrul instalatiei si
apoi subansamblele acestuia dupa cum urmeaza:1 -reactor; 2 -panou ghidaj; 3 -hopper(buncar); 4 –
placa tabla 12mm ; 5 -intarituri profil u -120.

B) Filtrarea cu saci din material textil

Se face in partea de mijloc a instalatiei de filtrare, deasupra buncarului unde se strange
praful de alumina rezultat atat din filrul ciclon(reactor) cat si din sacii care sunt suflati cu aer
comprimat odata ce devin prea incarcati de praf, acest aspect fiind monitorizat prin diferenta de
presiune dintre filter -top(partea de sus a filtrului – unde sunt fixati sac ii) si carcasa unde se gasesc
sacii.

In partea de sus a filtrului se gaseste filter -top-ul , unde sunt fixati 316 saci cu o lungime
de 4.6m fiecare orientati in jos, in corpul filtrului . in interiorul fiercarui sac se gaseste o colivie de
sarma care tin e sacul intins in pozitie verticala astfel incat acesta sa nu intre in contact cu ceilalti
saci sau sa fie tras in sus de fluxul de aer.

110

Dezprafuirea sacilor se face cu ajutorul a 14 tevi care masoara 3.3m fiecare
si sunt dotate cu duze astfel incat deasupra fiecarui sac se afla cate o duza. Cele 14 tevi
sunt conectate la tancul de presiune asezat deasupra filtrului care transmite impulsuri de
aer in momentul cand diferenta de presiune dintre corpul filtrului si capacul filtrului(inainte
si dupa saci) depaseste 0,3 bari. Prin impulsurile de aer sacii sunt scuturati iar particulele
fixate pe acestia cad in buncarul colector de la baza filtrului. Din buncar, praful de alumina
este preluat de o rigola fluidizata cu perna de aer si este transportat i napoi la un siloz unde
este refolosit in procesul de productie de aluminiu.
Din capacul filtrului (figura anterioara) aerul trece printr -un canal de diametru
800mm in turbina atasata motorului electric de 2k W amplasat deasupra silozului de
alumina si este evacuat in scrubberul din fibra de sticla unde se produce spalarea chimica.

111

112

C) Spalarea gazelor cu solutie de apa cu lesie

Ultima etapa a filtrarii este cea chimica. Aceasta se produce in scrubberele instalate
dupa ventilatorul centrifugal care trece gazele din filtrul cu saci propriuzis in scruber unde
se produce spalarea chimica.

Procedeul u med se situează printre cele mai folosite tehnologii de
desulfurare a gazelor de ardere, fiind întâlnit în ap roximativ 80 % din cazuri. În
prezentul paragraf se prezintă cazul în care absorbantul utilizat este carbonatul de
calciu (piatra de var – CaCO3). Utilizarea carbonatului de calciu este avantajoasă
deoa rece e ste disponibil în cantități mari în multe țări și este ieftin. Produsele care
rezultă sunt gips sau un amestec de sulfat și sulfit de calciu.
Componen ta principală a instalației este reprezentată de un turn (scrubber) în
care are loc amestecul între gazele de ardere și reactanți. Un turn de spălare este
alcătuit din trei părți principale:
• zona inferioară de drenaj,
• zona de contact gaz/lichid și
• zona de gaze de ardere curate.

În zona de drenaj suspensia rezultată din spălare este colectată, amestecată,
ventilată și îmbogățită cu absorbant proaspăt. Volumul acestei zone e ste determinat în
principal de viteza de dizolvare a absorbantului, precum și de cantitatea de SO2 ce
trebuie înlăturată.
În zona mijlocie a scruberului, zona de contact gaz/lichid, gazele sunt
aduse în co ntact cu suspensia de spălare, în contracurent, și astfel sunt spălate.
Lichidul de spălare este distribuit uniform, pe mai multe nivele de pu lverizare. Astfel
se creează un spațiu de amestec omogen gaz/lichid în care are loc transferul de masă
de la gazele de ardere la lichidul de spălare.
În partea superioară a scruberului (zona de gaze de ardere curate), gazele de
ardere trec printr-un separator de picături în care se rețin picăturile fine de lichid pe
care le-au antrenat. Pentru curățare, separatorul de picături este spălat cu apă de sus
în jos, într-o anumită succesiune a sectoarelor acestuia, cu ajutorul unor
pulverizatoare.

113

Turn de absorbție prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor de ardere

Lesia necesara instalatiei provine din gospodaria proprie de lesie a combinatului de
aluminiu si are o concentratie de 98% aceasta este adusa in camera de pompe unde trece
prin mai multe valve si instrumente de masura inainte sa fie injectata in tancul cu o
capacitate de 80 unde se produce practic amestecul cu apa si recircularea solu tiei apa –
lesie care alimenteaza cele 5 scrubere ale instalatiei.

Prin intermediul unei tevi cu Dn 400 , solutia apa lesie din tanc este adusa
gravitational in cele 2 pompe cu debit maxim de 180 l/min apoi este pompata in circuitul
de presiune Dn 300 care transporta solutia pana la scrubbere unde se produce spalarea
gazelor . Scurgerea solutiei se face prin circuitul de scurgere Dn500 care preia printr -un
colector apa de la toate cele 5 scrubbere si este trimisa din nou in tancul de amestecare.

114

Principala reactie ce are loc in scrubberul instalatiei de filtrare e ste cea dintre
hidroxidul de sodiu si dioxidul de sulf de unde rezulta doua substante nepericuloase.

SO 2 + 2 NaOH = Na 2SO 3 + H 2O

 Desulfurarea umedă cu sodă sau carbonat de sodiu

Gazele ce trebuie epurate, eventual desprăfuite și răcite, adesea saturate în vapori de
apă, sunt spălate printr-o soluție apoasă de hidroxid de sodiu (NaoH) sau carbonat
de sodiu (Na2CO3).
Soda (sau carbonatul) reacționează cu oxizii de sulf, formând sulfiți și sulfați de
sodiu, foarte solubili.
Reacțiile chimice globale implicate de acest procedeu sunt:

• în cazul sodei:
2NaOH + SO2 ⇒ Na2SO3 + H2O
2NaOH + SO3 ⇒ Na2SO3 + H2O NaSO3 + ½ O2 ⇒ Na2SO4
NaSO3 + SO2 + H2O ⇒ NaHSO3

115
• în cazul carbonatului de sodiu:
Na2CO3 + SO2 ⇒ Na2SO3 + CO2
Na2CO3 + SO3 ⇒ Na2SO4 + CO2
Na2CO3 + ½O2 ⇒ Na2SO4
Na2CO3 + SO2 + H2O ⇒ 2 Na2HSO3

Reziduul desulfurării este deci o soluție apoasă de săruri de sodiu
(sulfat, sulfit hidroxid de carbon etc).
Această soluție nu poate fi evacuată în această stare, astfel că, uneori, este
tratată cu var (precipitarea sulfitului și sulfatului de calciu insolubile cu regenerarea
unei soluții de sodă), ceea ce se numește procedeu “dublu alcalin”.
Instalația, redată în schema demai jos se compune, în principal, din următoarele
elemente :
• o unitate de recepție, de depozitare și de distribuție a reactivului;
• un reactor de spălare, cel mai adesea un turn cu împachetare sau cu
pulverizare;
• o unitate pentru colectarea reziduurilor, cel mai adesea cu cuve;
• o unitate eventuală de tratare a reziduurilor și a efluenților lichizi care
depinde de destinația acestora.

Desulfurarea prin spălare cu sodă.

Nu există limite de operare specifice. Performanțele sunt, în general, foarte bun e.
Randamentul desulfurării poate depăși adesea 95 %, iar cel raportat la sodă este apropiat de
1.Reactivii utilizați pot fi soluții de sodă (30÷50 %) sau carbonat de sodiu. Carbonatul de
sodiu poate fi livrat sub formă de pudră, soluția fiind pregătită pe loc.

116

Impactul global asupra mediului

Principala problemă în utilizarea acestui procedeu constă în producerea unor
cantități deloc neglijabile de soluții saline.
Utilizarea lui este limitată la cazurile în care, pentru deșeurile rezultate,
tratamentul sau valorificarea acestora sunt posibile. Ca în cazul majorității
instalațiilor de desulfurare, ventilatorul este principala sursă de zgomot.
Riscurile sunt limitate. De fapt, absența produșilor solizi în suspensii
limitează riscul de blocare a instalațiilor. Manipularea reactivului implică
anumiteprecauții. Utilizarea unui reactiv lichid poate favoriza regularizarea, destinată
să optimizeze randamentul desulfurării și consumul de reactiv.
Procedeul este încă puțin dezvoltat, în comparație cu cel în care se utilizează var
sau calcar. De fapt, reactivul este net mai oneros și contraindicațiile legate de refularea
efluenților lichizi sunt mai dure decât cele care privesc efluenții solizi. Totuși, odată cu
scăderea valorilor limită pentru deșeurile de SOx și cu întărirea reglementărilor,
procedeul poate deveni interesant.

117

BIBLIOGRAFIE

1. Proiect Alstom Norway pentru instalarea instalatiei de filtrare gaze arse hala B ,
Hydro Aluminium Ardal (2007) – etapa 1 -Bagfilters
2. Proiect Alstom Norway pentru instalarea instalatiei de filtrare gaze arse hala B ,
Hydro Aluminium Ardal (2011) – etapa 2 – Sox Reduction Plant
3. Proiect Energomontaj -SAEM instalatie desulfurare gaze arse CTE Rovinari 2007
4. Ecotehnologie, Gheorghe Amza, editura Agir 2011
5. Managementul energiei, Aureliu Leca si Virgil Musatescu, editura Agir 2008
6. Solutii moderne de depoluare a aerului, Gheorghe Lazaroiu, editura Agir 2006
7. Studiu de performate in dome niul protectiei mediului, Comisia economica
europeana, consiliul Natiunilor Unite , New York 2005
8. http://www.energyonline.ro
9. http://www.ecomagazin.ro
10. http://www.tehnoinstrument.ro
11. Impactul CTE asupra mediului, Gheorghe Lazaroiu, editura Politehnica Press
2007
12. Caluianu S., Cociorva S., (1999), Măsurarea și controlul poluării atmosferei, Ed.
Matrix Rom, Bucureșt i
13. Hanada, (1989), Dry Desulfurization -Denitration -Technology ;Dry Active
Carbon -Method Sulfur Recovery Formula at Coal Thermal Power Plant,
Thermal/Electronic Power Generation, Vol. 40, No. 3
14. Șchiopu E.C., Gămăneci G., (2007), Industrial powders that cause professional
affection and air pollution, Annals of the University “Constantin Brâncuși” of Tg
– Jiu, nr. 3/2007, vol. II,
15. Șchiopu E.C., (2010), Posibilități de reducere a noxelor emise în atmosferă ca
urmare a activității miniere și energetice din zona Rovinari, Teză de doctorat,
Universitatea din Petroșani, 2010
16. I.Ionel, C.Ungureanu – Termoenergetica și mediul, Ed. Tehnică București, 1996.
17. P.Ursu , ș.a. – Protejarea aerului atmosferic, Ed. Tehnică București, 1978
18. N.Antonescu – Reducerea emisiilor de NOx prin controlul temperaturii de
ardere; Energetica, seria A, nr.1, 1997
19. N.Pănoiu – Cazane de abur, EDP București, 1982

3