I JORNADAS CATEDRA E.ON ESPAÑA TECNOLOGIAS DE DESNITRIFICACION: TECNICAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS DE REDUCCION DE NO X

Transcripción

1 1 I JORNADAS CATEDRA E.ON ESPAÑA TECNOLOGIAS DE DESNITRIFICACION: TECNICAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS DE REDUCCION DE NO X Dr. Francisco Rodríguez Barea Director de la División de Procesos de INERCO, S.A.

2 2 ESQUEMA GENERAL PARA REDUCCION DE NO X TECNICAS DE PRECOMBUSTION (MEDIDAS PRIMARIAS) MENOR CONTENIDO EN NITROGENO MAYORES VOLATILES MOLIENDA MAS FINA TECNICAS DE MODIFICACION DE LA COMBUSTION (MEDIDAS PRIMARIAS) TEMPERATURA EXCESO DE OXIGENO TIEMPO DE RESIDENCIA TECNICAS DE POSTCOMBUSTION (MEDIDAS SECUNDARIAS) TRATAMIENTO DE GASES, SOLO NO X TRATAMIENTO SIMULTANEO SO X /NO X

3 3 JUSTIFICACION DE MEDIDAS PRIMARIAS: FORMACION DE NO X EN PROCESOS DE COMBUSTION FACTORES QUIMICOS FACTORES FISICOS MECANISMOS CINETICOS FENOMENOS DIFUSIONALES GRADIENTES DE CONCENTRACION REACCIONES HOMOGENEAS REACCIONES HETEROGENEAS TURBULENCIA OXIDO NITRICO DIOXIDO DE NITROGENO OXIDO NITROSO NO NO 2 N 2 O >90% 5% NO NO X + NO 2

4 4 DEFINICION DE LOS MECANISMOS DE FORMACION DE NO X SEGÚN FUENTE DE N Y MEDIO REACTIVO FUENTE DE NITROGENO MEDIO REACTIVO MECANISMO DE REACCION N 2 AIRE PRODUCTOS DE COMBUSTION ( O, OH ) NO TERMICO N COMBUSTIBLE FRENTE DE LLAMA ( O, OH, CX ) NO DEL COMBUSTIBLE NO SUBITO

5 5 EFECTO DE LA TEMPERATURA DE COMBUSTION EN LA GENERACION DE NO X POR LOS DISTINTOS MECANISMOS POSIBILIDAD DE REDUCIR T PARA CONTROL DE NOx TERMICO NO X, mg/nm (C.N.) FORMACION TERMICA DE NO X NO X PROCEDENTE DEL NITROGENO DEL COMBUSTIBLE NO X -SUBITO TEMPERATURA, C

6 6 EFECTO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA EN ZONA DE COMBUSTION: COMPARACION DE LAS VELOCIDADES DE FORMACION DEL NO TERMICO (LENTO) Y NO DEL COMBUSTIBLE (RAPIDO) POSIBILIDAD DE REDUCIR TIEMPO DE RESIDENCIA A ALTA T PARA CONTROL DE NOx TERMICO NO x (ppm) NO COMBUSTIBLE NO TERMICO 0 0,0 0,5 1,0 1,5 TIEMPO DE RESIDENCIA (ms)

7 7 EFECTO DE LA RELACION COMBUSTIBLE/AIRE PARA EL MECANISMO DE FORMACION DE NOx DEL COMBUSTIBLE CX RADICALES HIDROCARBONADOS NX ESPECIES ORGANICAS NITROGENADAS NZ ESPECIES NITROGENADAS SECUNDARIAS HCN ( NH ) 3 NH i ( +OH, O ) ( V A ) NO ( +NH i, NO ) V B N 2 CONVERSION A NOx MENOR PARA MENOR OXIGENO (MAYOR RATIO COMBUSTIBLE/AIRE): POSIBILIDAD DE RETIRAR AIRE DEL INICIO DE LA LLAMA (ESTRATIFICACION DE COMBUSTION) PARA CONTROL DE NOx

8 8 INFLUENCIA DE PARAMETROS DE COMBUSTION EN MECANISMOS PRINCIPALES DE FORMACION DE NO X PARAMETRO NO TERMICO INFLUENCIA NO COMBUSTIBLE N EN COMBUSTIBLE NULA APRECIABLE TEMPERATURA DE COMBUSTION MUY IMPORTANTE A PARTIR DE 1300 ºC (CRECIMIENTO EXPONENCIAL) POCO IMPORTANTE (SOLO INFLUYE A T BAJAS), SALVO EFECTO EN DEVOLATILIZACION TIEMPO DE RESIDENCIA IMPORTANTE (SOBRE TODO A ALTAS T) POCO IMPORTANTE (REACCION EN 0,5 ms) RELACION COMBUSTIBLE/AIRE POCO IMPORTANTE MUY IMPORTANTE (TANTO PARA INICIO COMO FINAL DE LLAMA)

9 9 FUENTES DE NO X EN FUNCION DEL COMBUSTIBLE FUENTES DE NO (%) TERMICO COMBUSTIBLE CARBON FUELOIL GAS RATIOS TERMICO/COMBUSTIBLE DEL ORDEN 50/50 PARA COMBUSTION DE CARBONES BAJOS EN VOLATILES

10 10 MEDIDAS PRIMARIAS: REDUCCION DE NO X ANTES DE LA COMBUSTION 1. NITROGENO CONTENIDO TOTAL Y TIPOS DE COMPUESTOS 2. VOLATILES (CASO DEL CARBON) A MAYORES VOLATILES: NIVELES INFERIORES DE NO X MEDIANTE ESTRATIFICACION DE COMBUSTION 3. OPTIMIZACION DE MOLIENDA (CASO DEL CARBON): MAYOR FINURA IMPLICA: - MAYORES VELOCIDADES DE IGNICION Y COMBUSTION - POSIBILIDAD DE OPERAR CON MENOR EXCESO DE OXIGENO

11 11 MEDIDAS PRIMARIAS: REDUCCION DE LAS EMISIONES DE NO X DURANTE LA COMBUSTION TERMICO COMBUSTIBLE MENOR TEMPERATURA DE LLAMA X MENOR EXCESO DE OXIGENO X MENOR TIEMPO DE RESIDENCIA X OBJETIVO DIFICULTAR TERMODINAMICA Y CINETICAMENTE LA FORMACION Y FAVORECER LA DESTRUCCION A ALTA TEMPERATURA EFECTIVIDAD DEPENDIENTE DE CONSEGUIR CONDICIONES DE HOGAR CONTROLADO (EQUILIBRADO DE COMBUSTION): MEJORAS RECIENTES EN MONITORIZACION (APORTES DE COMBUSTIBLE Y AIRE, Y CONCENTRACIONES DE GASES EN HOGAR) NUEVAS CAPACIDADES DE REGULACION Y CONTROL CONDICIONADA POR EVENTUALES FENOMENOS SECUNDARIOS

12 HOGAR CONTROLADO: TECNOLOGIA ABACO Mejoras en: Monitorización + Regulación + Control de Combustión EMIR ABACO - Opticom ABACO EMIR- Coal AWP4 SISTEMA EXPERTO PARA CONTROL LOCAL DE COMBUSTION ABACO - Air ABACO - Loi

13 13 PERFILES DE O 2 Y NO X EN HOGAR Y DISTRIBUCION DE APORTES DE CARBON EN CASO BASE (CALDERA TANGENCIAL) FURNACE EXIT O 2 NO O 2 NO BOILER EXIT 4 CORNER BURNERS LEVEL 6 LEVEL 5 LEVEL 4 LEVEL 3 LEVEL 2 LEVEL 1 OFA (0%) Coal mass flow DAV + 5% 0% < DAV < + 5% - 5% < DAV < 0% DAV - 5% BOOS (LEVEL 6) DAV Deviation from Average Value BOOS Burners Out Of Service O 2 (%, d.b.) NO (mg/nm 3, 6% O 2 )

14 14 TECNOLOGIAS DE MODIFICACION DE LA COMBUSTION PARA REDUCIR EMISIONES DE NO X TECNICA MENOR TEMPERATURA REDUCCION DE O 2 MENOR TIEMPO TECNOLOGIA DE LLAMA DISPONIBLE RESIDENCIA REDUCCION (%) 1. BAJO EXCESO AIRE - SI COMBUSTION ESCALONADA (EN ETAPAS) EN HOGAR 2.1. ESCALONAMIENTO DE AIRE SI SI ESCALONAMIENTO DE COMBUSTIBLE SI SI QUEMADORES DE NO X BAJO SI SI REDUCCION TEMPERATURA DE LLAMA 4.1. MENOR PRECALENTAMIENTO SI RECIRCULACION GASES SI SI SI 10-40

15 NOx GENERADO EN FUNCION DEL EXCESO DE AIRE Y DEL % N EN EL COMBUSTIBLE 15

16 16 COMBUSTION EN ETAPAS EN HOGAR COMBUSTIBLES EN ETAPAS ZONA PRIMARIA ZONA DE REBURNING ZONA DE BURNOUT EN QUEMADORES AIRE EN ETAPAS ZONA SUBESTEQUIOMETRICA ZONA DE COMBUSTION FINAL

17 17 ESTRATIFICACION EN HOGAR Y QUEMADORES ESTRATIFICACION EN HOGAR ESTRATIFICACION EN QUEMADORES

18 ESCALONAMIENTO DE AIRE. LOCALIZACION DE LAS ENTRADAS DE AIRE DE SEGUNDA ETAPA EN PARED DE HOGAR Y QUEMADORES 18

19 DISPOSICION TANGENCIAL DE QUEMADORES Y MODIFICACION PARA REDUCCION DE NOx 19

20 20 PRINCIPIOS DE OPERACION CON COMBUSTIBLES EN ETAPAS DESTRUCCION NOx Z. PRIMARIA POR REACCION CON RADICALES HIDROCARBONADOS (SIN O 2 )

21 ESQUEMA DE UN QUEMADOR AVANZADO DE NO X BAJO 21

22 22 METODOS DE REDUCCION DE TEMPERATURA EN CALDERAS RECIRCULACION DE GAS DE COMBUSTION A CHIMENEA GAS DE COMBUSTION GAS DE COMBUSTION AIRE PRECALENTADOR DE AIRE AIRE DE COMBUSTION PRECALENTADO CALDERA AGUA INYECCION DE AGUA BYPASS DE PARTE DEL AIRE DE COMBUSTION COMBUSTIBLE

23 TECNICAS SECUNDARIAS O DE ABATIMIENTO DE NOx: CLASIFICACION DE LOS PROCESOS APLICABLES 23

24 24 REDUCCION SELECTIVA CATALITICA (SCR) REDUCCION DE NO X POR AMONIACO CON CATALIZADOR 4NH 3 + 4NO + O 2 4N 2 + 6H 2 O 4NH 3 + 2NO 2 + O 2 3N 2 + 6H 2 O REACCIONES A MINIMIZAR OXIDACION DE SO 2 A SO 3 2SO 2 + O 2 2SO 3 OXIDACION DE AMONIACO 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 4NH 3 + 3O 2 2N 2 + 6H 2 O

25 ESQUEMA DEL PROCESO SCR 25

26 26 REDUCCION SELECTIVA CATALITICA (SCR) ASPECTOS CRITICOS INSTALACIONES AUXILIARES TEMPERATURA Y PARTICULAS EN GASES VIDA UTIL DEL CATALIZADOR SITUACION EN LA INSTALACION AMONIACO EN SALIDA (AMMONIA SLIP: 2-5 PPM) EVITAR FORMACION DE SO 3 Y SU REACCION CON AMONIACO PARA ORIGINAR BISULFATO AMONICO REDUCCION EN NOx TIPICA: 70-90%

27 27 REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA (SNCR) REDUCCION DE NO X POR AMONIACO (O UREA CO(NH 2 ) 2 ) SIN CATALIZADOR REALIZADA A ALTA TEMPERATURA INTERVALO PRECISO DE TEMPERATURAS: C TIEMPO DE REACCION MUY CORTO: O,1 s BUENA MEZCLA ENTRE GAS Y REACTIVOS AFECTADO POR O 2, CO, SO 3, SO 2 Y NO X REDUCCION EN NOx TIPICA: 20-50% CON COSTES DE INVERSION Y MANTENIMIENTO SUSTANCIALMENTE INFERIORES A SISTEMAS SCR

28 MODIFICACION DEL INTERVALO DE TEMPERATURAS OPTIMO PARA REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA DE NO X (SNCR) EN FUNCION DE LA CONCENTRACION DE OXIGENO EN GASES DE COMBUSTION 28

29 SISTEMA DE REDUCCION SELECTIVA NO CATALITICA DE NO X (SNCR): INYECCION EN MULTIPLES NIVELES 29

30 30 COSTES DE CONTROL DE EMISIONES DE NO X TECNOLOGIA REDUCCION NO X (%) INVERSION ( /kw) COSTE TOTAL ( /t NO X ELIMINADO) INVERSION (M ) (PARA 300 MW) MEDIDAS PRIMARIAS AJUSTE DE COMBUSTION (HOGAR CONTROLADO) ,3-1,2 OVERFIRE ,8-2,4 QUEMADORES DE BAJO NO X ,0-7,5 OVERFIRE + QUEMADORES DE BAJO NO X ,0-9,0 REBURNING ,5-9,0 RECIRCULACION DE GASES + QUEMADORES DE BAJO NO X ,5-12,0 MEDIDAS SECUNDARIAS SNCR ,5-6,0 SCR ,0-45,0