STUDIUM NEDOPALU PŘI SPALOVÁNÍ UHLÍ Přednášející: Iva Bohuslavová Vedoucí dipl. práce: Mgr. L. Bartoňová, Ph.D. Konzultant: Prof. Ing. Z. Klika, CSc. Pracoviště: VŠB-TU, FMMI, Ostrava Vážené dámy, vážení pánové, Dovolte mi Vás seznámit s dosavadními výsledky mé diplomové práce na téma Studium ….. Mým školitelem je …, mým konzultantem … a práce vznikla na katedře anal. chemie, FMMI, VŠB-TU v Ostravě.

ÚVOD DO PROBLEMATIKY Spalovací zařízení Pevné nebo plynné emise (E) Odluč. zařízení Fluidní ohniště Uhlí Vápenec Než se dostanu k hlavním cílům této práce, dovolte mi několik vět na úvod. Při spalování uhlí v elektrárně s cirkulující fluidní vrstvou (ukazovat na obr.) se do kotle průběžně přivádí uhlí a vápenec, pod ním se odebírá ložový popel. Spaliny postupují dále k odlučovacímu zařízení a co se nezachytí v odlučovači odchází do atmosféry ve formě emisí. Jak v ložovém popelu, tak i v popelu z odlučovače jsou přítomny částice nevyhořené organické hmoty uhlí – nedopal, kterému je věnována tato práce. Pozornost je zde zaměřena na spalování černého uhlí v elektrárně Poříčí a hnědého uhlí v elektrárně Tisová, v obou případech při 40% a 100% výkonu kotle. Ložový popel (LP) Úletový popílek (UP)

2) Využití nedopalu jako sorbentu Hg PROČ JE NEDOPAL STUDOVÁN : 1) Energetická ztráta v USA cca 6 milionů tun nedopalu / rok snížením obsahu nedopalu v popelech pouze o 1% by se ušetřil téměř 1 milion tun uhlí za rok 2) Využití nedopalu jako sorbentu Hg • nedopal nutno před jeho použitím aktivovat = zvýšit jeho měrný povrch ze 40 m2 / g na 600-700 m2 / g i více

Obsah nedopalu v popelech ovlivněn: 3) Nedopal ovlivňuje vlastnosti popelů přítomnost vyššího obsahu nedopalu v popelech brání jejich dalšímu využití, např. ve stavebnictví Obsah nedopalu v popelech ovlivněn: podmínkami při spalování (teplotou spalování, množstvím kyslíku v zóně hoření, velikostí zrn uhlí) složením minerální hmoty uhlí petrografickým složením hořlaviny uhlí

Cíl práce: Kvůli spolehlivější separaci upřednostněno studium nedopalu z ložových popelů Vyhodnotit obohacení / ochuzení prvků v nedopalu ve srovnání s uhlím a LP Odvodit vztah pro výpočet podílu prvku, který při spalování uhlí z nedopalu unikl, tato množství pro jednotlivé prvky vypočíst

Stanovit obsahy nedopalu v zrnitostních frakcích produktů spalování Vyhodnotit obsahy prvků v popelech s ohledem na obsah nedopalu Vyhodnotit obsahy prvků v popelech s ohledem na měrný povrch vzorků

PŘÍSTROJE A METODY Obsahy prvků v pevných vzorcích – metoda rentgenové fluorescence (EDS SPECTRO X-LAB) Obsahy Hg – jednoúčelový spektrofotometr pro stanovení Hg (AMA 254) Specifický povrch vzorků - metoda adsorpce dusíku (Sorptomatic, Carlo Erba 1900) Snímky nedopalu (SEM Philips XL 30)

OBSAH NEDOPALU V POPELECH : Postup *: popel loužen v HCl, vyžíháno, zjištěn hmotnostní úbytek Roubíček, Buchtele, Klika: Ekologicky přijatelné využití domácích uhelných zdrojů, Sborník přednášek GAČR č. 105-96-0760. VŠB-TU, Ostrava, 1999. Postup **: popel louže směsí HCl a HF, sediment žíhán, kapalina – CHSKCr Čech, Fibinger: Garanční zkoušky fluidního kotle FK12, elektrárna Tisová. Technická zpráva. VŠB-TU, Ostrava, 1998. Výsledky obsahu nedopalu v popelech byly převzaty z literatury, protože byly uvedeny pro tytéž vzorky, kterým byla věnována pozornost v této práci. Obsah nedopalu v elektrárně Poříčí byl stanoven tak, že …viz text, v elektrárně Tisová … (Literaturu asi ani nečíst). Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce.

Tab. 1. Obsah nedopalu v ložových popelech Elektrárna POŘÍČÍ* TISOVÁ** Výkon kotle 40% 100% Obsah nedopalu 0,63 1,52 0,60 0,76

Obr. 2 . Nedopal LP Poříčí 100% výkon Na tomto obrázku je patrná morfologie částic nedopalu vyseparovaného v elektrárně Poříčí z LP.

Obr. 3. Nedopal LP Tisová 100% výkon Vzhled částice nedopalu získaného spalováním hnědého uhlí v elektrárně Tisová při 100% výkonu kotle je patrný z Obr. 3.

Obohacení prvků nedopalu proti uhlí Podíl i-tého prvku, který se uvolnil z nedopalu z celkového množství tohoto prvku v uhlí Podíl obsahů i-tého prvku v nedopalu a uhlí Dále bylo vyhodnoceno obohacení – ochuzení prvků v nedopalu vzhledem k původnímu uhlí. K tomuto účelu byl odvozen vztah, podle kterého lze vypočíst podíl prvku z jeho vstupního množství v uhlí, který unikl z částice nedopalu v průběhu spalování. Celé odvození této rovnice je uvedeno v našem příspěvku ve sborníku, tady vidíte jen výslednou rovnici. Tyto uniklé podíly jednotlivých prvků, které jsou vyznačeny červeně, byly vyneseny proti podílu obsahů prvků v nedopalu a uhlí (zeleně), což je vyneseno na následujících dvou obrázcích. Podíl popelnatostí nedopalu a původního uhlí

Obr. 1A. Poměry hmotmostních zlomků prvků v nedopalu w(UC) a uhlí w(C) v elektrárně Tisová při 40% výkonu kotle. Tento obrázek byl konstruován pro elektrárnu Tisová 40% výkon. Na svislé ose vpravo jsou uniklé podíly prvků vyneseny přímo v procentech, na levé svislé ose se poměr obsahů prvků v obou materiálech. Z obrázku je patrné, že u nejtěkavějších prvků, jako jsou Hg, S, Se, As či Cl došlo k výraznému úniku z uhelné částice v průběhu spalování. Prvky méně těkavé byly dokonce na nedopalové částici obohaceny v důsledku úniku jiných více těkavých substancí.

Obr. 1B. Poměry hmotmostních zlomků prvků v nedopalu w(UC) a uhlí w(C) v elektrárně Tisová při 100% výkonu kotle Na tomto obrázku je znázorněna situace ve stejné elektrárně při plném (100%) výkonu. Chování prvků je velmi podobné, jako u 40% výkonu kotle.

Nedopal z LOŽOVÉHO POPELA v kontaktu s volatilizovanými prvky: Nebylo zjištěno výrazné obohacení těkavých škodlivých látek (např. Hg) v částicích nedopalu. Důvod: Nedopal z  LOŽOVÉHO POPELA v kontaktu s volatilizovanými prvky: při vysoké teplotě (850˚C) po krátkou dobu nevýhodné podmínky pro sorpci / kondenzaci těkavých látek Z obou obrázků tedy vyplývá, že…

MĚRNÝ POVRCH NEDOPALU: – příznivější podmínky pro sorpci *Studuje se s ohledem na možnost sorpce toxických polutantů (především Hg) na povrchu nedopalu *Nedopal z ÚLETOVÉHO POPÍLKU v kontaktu s volatilizovanými prvky při nižší teplotě, k vzájemné interakci je k dispozici delší časový úsek – příznivější podmínky pro sorpci Dále byla pozornost zaměřena na …

Tab. 2. Specifický povrch částic uhlí, nedopalu, LP a UP v m2 / g. Elektrárna POŘÍČÍ Elektrárna TISOVÁ UHLÍ 43,8 47,1 NEDOPAL 164,8 171,9 LOŽOVÝ POPEL 9,2 17,9 ÚLETOVÝ POPÍLEK 9,8 19,7 Z tabulky 2 jsou patrné hodnoty specifického povrchu částic nedopalu, původního uhlí a pevných produktů spalování. V obou elektrárnách mají tedy výsledky podobný trend.

Pro obě elektrárny bylo zjištěno: Měrný povrch nedopalu výrazně vyšší než u uhlí a LP LP - vždy nižší specifický povrch než UP LP i UP výrazně nižší měrný povrch než původní uhlí Vyšší měrný povrch zjištěn u hnědého uhlí i jeho produktů spalování ve srovnání s černým uhlím

DALŠÍ CÍLE: Stanovit obsahy nedopalu v zrnitostních frakcích produktů spalování Vyhodnotit obsahy prvků v popelech s ohledem na obsah nedopalu Vyhodnotit obsahy prvků v popelech s ohledem na měrný povrch vzorků Další práce bude zaměřena především na - stanovení obsahů….., - na … a na….