universitatea transilvania din brasov scoala doctorala
universitatea transilvania din brasov scoala doctorala
universitatea transilvania din brasov scoala doctorala
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRASOV<br />
SCOALA DOCTORALA INTERDISCIPLINARA<br />
DEPARTAMENTUL DE CERCETARE: ECO-TEHNOLOGII<br />
AVANSATE DE SUDARE<br />
Ing. CIPRIAN MARIUS BANCILA<br />
STUDII ŞI CERCETĂRI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE<br />
DE CUPTOARELE INDUSTRIALE CU FLACĂRĂ<br />
STUDIES AND RESEARCHES ON REDUCING EMISSIONS FROM<br />
INDUSTRIAL FURNACES WITH FLAME<br />
Rezumatul tezei de doctorat<br />
Summary of PhD Thesis<br />
CONDUCATOR STIINTIFIC:<br />
Prof. univ. dr. ing. MACHEDON PISU TEODOR<br />
2011<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI<br />
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV<br />
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-0268-413000,<br />
FAX 0040-0268-410525<br />
RECTORAT<br />
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................<br />
COMPONENŢA<br />
Comisiei de doctorat<br />
Numită prin or<strong>din</strong>ul Rectorului Universităţii „Transilvania” <strong>din</strong> Braşov<br />
Nr. 4923 <strong>din</strong> .04.11.2011<br />
PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Virgil GEAMAN<br />
PRODECAN-Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria<br />
Materialelor<br />
Universitatea “Transilvania” <strong>din</strong> Braşov<br />
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON PISU<br />
Universitatea “Transilvania” <strong>din</strong> Braşov<br />
REFERENŢI: Prof. univ. dr. ing. Corneliu MUNTEANU<br />
Universitatea Tehnică “Gh.Asachi ” <strong>din</strong> Iaşi<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Prof. univ. dr. ing. Ion CIUCA<br />
Universitatea „Politehnica” <strong>din</strong> Bucuresti<br />
Prof. univ. dr. ing. Mircea Horia TIEREAN<br />
Universitatea “Transilvania” <strong>din</strong> Braşov<br />
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 22.12.2011,ora 12:00, sala I I 6.<br />
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp<br />
util, pe adresa: bancila2008@yahoo.com<br />
Totodată vă invităm să luaţi parte la şe<strong>din</strong>ţa publică de susţinere a tezei de doctorat.<br />
Vă mulţumim.<br />
2
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
CUPRINS<br />
CAPITOLUL I<br />
INTRODUCERE, POLUAREA SI PROTECTIA MEDIULUI<br />
CAPITOLUL II<br />
STADIUL ACTUAL PRIVIND NOXELE GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Pag.<br />
6(5)<br />
7(10)<br />
2.1 Procese industriale generatoare de noxe in cuptoarele industriale cu flacara 7(10)<br />
2.1.1 Estimarea emisiilor provenite de la sursa 7(10)<br />
2.1.2 Emisiile si valorile limita, determinarea emsiilor de noxe 7(15)<br />
2.1.2.1. Metoda de calcul a emsiilor 7(17)<br />
2.1.3 Impactul asupra mediului inconjurator (19)<br />
2.2. Procesele de formare a oxizilor de azot 8(21)<br />
2.2.1 Mecanisme de formare a oxizilor de azot 8(21)<br />
2.2.2 Mecanismul termic de formare a oxizilor de azot 8(22)<br />
2.3 Limitarea formarii oxizilor de azot in timpul arderii 9(24)<br />
2.3.1 Principii 9(24)<br />
2.3.2 Tehnologii aplicate in practica de limitare a formarii oxizilor de azot in timpul 9(24)<br />
ardeii<br />
2.3.3 Reducerea oxizilor de azot formati 9(26)<br />
2.3.3.1 Reducatorii 9(27)<br />
2.3.3.2 Reducerea selectiva necatalitica CNCR 9(27)<br />
2.3.3.3 Reducerea selectiva catalitica SCR 10(28)<br />
2.3.3.4 Reducerea prin recombustie 10(29)<br />
2.3.3.5 Masuri primare pentru diminuarea producerii de NOx 10(29)<br />
2.3.3.6 Masuri secundare pt diminuarea producerii de Nox (29)<br />
2.4 Fenomene secundare induse de procesele de reducere a oxizilor de azot 10(31)<br />
2.4.1. Reducerea emisiilor de oxizi de sulf 10(32)<br />
2.4.2 Procedee pentru desulfurarea gazelor arse 11(33)<br />
2.5 Masuri tehnologice referitoare la reducerea CO 2 in metalurgia feroasa 11(39)<br />
2.5.1 Injectia de carbune pulverizat si deseuri de plastic, in cuptoarele de topire 11(39)<br />
2.5.2 Recuperarea energiei provenite de la gaze in instaltiile de sinteza 12(40)<br />
2.5.3 Energia recuperata obtinuta de la cuptoarele de topire si de la cuptoarele de<br />
insuflare cu oxigen<br />
12(40)<br />
2.5.4 Adoptarea procedurii de turnare progresiva 12(41)<br />
2.5.5 Producerea eficienta la temperatura josa ( recuperarea caldurii primite <strong>din</strong> 12(41)<br />
procesele cu temperaturi ridicate )<br />
2.5.6 Preincalzirea zgurii la cuptoarele cu arc electric 12(42)<br />
2.5.7 Injectii cu oxigen si combustibil cu arc electric 12(42)<br />
2.6 Concluzii 12(43)<br />
3
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
CAPITOLUL III METODOLOGIA DE CERCETARE PRIVIND<br />
FUNCŢIONAREA CUPTOARELOR CU FLACARA<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
13(45)<br />
13(45)<br />
3.1 Metodologie de cercetare<br />
CAPITOLUL IV METODE DE MASURARE A GAZELOR REZULTATE ÎN<br />
URMA ARDERII COMBUSTIBILILOR<br />
4.1. Metode de măsurare a emisiilor<br />
14(48)<br />
14(48)<br />
4.2. Determinarea concentraţiei de NOx<br />
(54)<br />
4.2.1. Ionizarea in flacara (56)<br />
4.2.2. Conductometria (58)<br />
4.2.3. Coulombmetria (59)<br />
4.2.4. Potenţiometria (60)<br />
4.2.5. Cromatografia cu gaz (61)<br />
4.3. Determinarea funinginii <strong>din</strong> gazele arse (63)<br />
4.4. Concluzii<br />
CAPITOLUL V<br />
15(63)<br />
5. CONTROLUL ARDERII COMBUSTIBILILOR GAZOSI SI SOLIZI 15(64)<br />
5.1. Combustibili gazoşi<br />
15(65)<br />
5.2. Caracteristici energetice ale combustibililor gazoşi<br />
15(65)<br />
5.2.1. Densitatea<br />
15(65)<br />
5.2.2. Puterea calorifica inferioara 15(66)<br />
5.2.3. Căldura volumica 15(67)<br />
5.2.4. Temperatura de autoaprindere 15(67)<br />
5.3 Combustibili solizi<br />
16(68)<br />
5.3.1. Caracterisiticile principale ale combustibililor<br />
16(68)<br />
5.3.2 Analiza preliminara<br />
(70)<br />
5.3.3. Analiza elementara (sau finala) (70)<br />
5.3.4. Puterea calorică a combustibililor solizi (73)<br />
5.4. Calculul şi controlul arderii combustibililor<br />
16(78)<br />
5.4.1. Bilanţul material şi energetic al instalaţiilor de ardere<br />
16(78)<br />
5.4.2. Calculul componentelor procesului de ardere la proiectare (80)<br />
5.5. Concluzii<br />
CAPITOLUL VI<br />
17(81)<br />
6. CONTRIBUTII SI CERCETARI PRIVIND REDUCEREA NOXELOR<br />
LA CUPTOARELE DE INCALZIRE CE FOLOSESC ARZATOARE CU<br />
COMBUSTIBIL SOLID<br />
17(82)<br />
6.1 Arzatorul de combustie<br />
17(82)<br />
6.2. Reducerea N 2 O cu carbon solid, mecanisme de reactie 18(90)<br />
6.2.1. Mecanisme globale 18(91)<br />
6.2.2. Mecanisme detaliate 19(91)<br />
6.2.3. Parametrii cineticii de reacţie 19(91)<br />
6.2.4. Efectele proprietăţilor cărbunelui asupra reactivitatii<br />
20(94)<br />
4
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
6.2.4.1. Efectul rangului cărbune şi condiţiile de piroliza (94)<br />
6.2.4.2 Influenţa de preparare termică a reziduurilor de carbon asupra reactivităţii (95)<br />
6.2.4.3. Influenţa suprafetei specifice (96)<br />
6.2.4.4 Influenţă catalitică a materiilor minerale (97)<br />
6.2.5. Efectul prezenţei altor gaze asupra reactivităţii (99)<br />
6.2.6. Reducerea de N2O de carbon solid (99)<br />
6.3. Efectul de oxizi de sulf, de azot 20(99)<br />
6.4. Contribuţia unor mecanisme diferite în formarea şi distrugerea de NO<br />
21(104)<br />
6.4.1 . Analiza procesului de ardere<br />
21(104)<br />
6.5. Analiza chimica a speciilor de azot 23(106)<br />
6.5.1. Producţia de NO în faza gazoasa omogenă 23(107)<br />
6.5.2. Producerea şi reducerea NO în faza eterogena 24(108)<br />
6.5.3. Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO 25(110)<br />
6.6 Folosirea apei sub presiune pentru reducerea noxelor NOx 27(112)<br />
6.7 Utilizarea ureei pentru diminuarea noxelor 30(120)<br />
6.8 Elemente de proiectarea instalatiei de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru<br />
cuptorul cu flacara de la Lafarge Hoghiz Romania cu Sistem de reducere noncatalitica<br />
selectiva a oxizilor de azot<br />
32(123)<br />
6.8.1 Elemente de proiectare a instalatiei 32(123)<br />
6.8.2. Principiul de functionare al instalatiei 32(124)<br />
6.8.3 Componentele sistemului NOx Out 33(125)<br />
6.8.4 Sistem de monitorizare continua a emisiilor<br />
34(134)<br />
6.8.4.1. Informatii generale<br />
(134)<br />
6.8.4.2. Descrierea tehnica a echipamentelor (135)<br />
.6.8.5. Rezultate experimentale in sistemul instalat in cadrul SC Lafarge Hoghiz 34(141)<br />
6.9 Concluzii<br />
CAPITOLUL VII<br />
37(158)<br />
7. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII<br />
DE CERCETARE<br />
40(161)<br />
7.1. Concluzii finale<br />
40(161)<br />
7.2. Contribuţii personale 44(167)<br />
7.3 Direcţii de cercetare 46(169)<br />
Lista lucrarilor stiintifice publicate si sustinute 46<br />
Bibliografie selectiva 47(170)<br />
Rezumat 50<br />
CV 51(180)<br />
Lista lucrarilor 53<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
5
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
CAPITOLUL I<br />
INTRODUCERE, POLUAREA SI PROTECTIA MEDIULUI<br />
Ca urmare a creşterii economice generale, progreselor obţinute în toate domeniile vieţii<br />
economice şi sociale, omul a ajuns astăzi să dispună de mijloace tehnice atât de perfecţionate,<br />
încât consumă cantităţi imense de resurse naturale regenerabile şi neregenerabile, exploatând tot<br />
mai intens factorii de mediu şi modificând natura într-un ritm rapid. Neimpunând însă asupra<br />
acţiunilor sale un control adecvat şi conştient, omul lasă cale liberă dezlănţuirii unor dezechilibre<br />
economice, cu efecte negative asupra calităţii vieţii sale cât şi asupra evoluţiei biosferei.<br />
Societatea contemporana este caracterizata de cresterea economica bazata in cea mai mare<br />
parte pe resurse energetice neregenerabile si pe relatii care au ca scop profitul imediat.Din<br />
activitatile industriale rezulta reziduuri care se acumuleaza in cantitati mari, astfel incat acestea nu<br />
se mai integreaza in natura si provoaca alterarea factorilor de mediu. Dincolo de un anumit prag ,<br />
aceste fenomene nu mai pot fi compensate de procesele naturale de absorbtie, transformarile<br />
devenind ireversibile .<br />
Cauzele poluarii sunt reprezentate de activitatile de productie si consum ale societatii<br />
omenesti.<br />
Estimarea emisilor este o statistica a ratelor la care poluantii sunt emisi <strong>din</strong> procesele de<br />
ardere sau <strong>din</strong> procesarea cantitatilor de material date.<br />
Datorita caracterului limitat al resurselor provenite <strong>din</strong> mediu, dar si faptului ca fara<br />
existenta sa dezvoltarea omenirii nu ar fi posibila, mediul trebuie utilizat in cadrul proceselor<br />
productive in conditii de maxima eficacitate si eficienta, excluzand la maximum risipa si mai ales<br />
prevenind degradarea sau ceea ce este mai grav distrugerea iremediabila a unor componente ale<br />
acestuia.<br />
Prezenta teza urmareste diminuraea si inlaturarea noxelor produse prin arderea<br />
combustibililuo la cuptoarele industriale cu flacara, utilizand diferite substante chimice in focare,<br />
prin utilizarea unor arzatoare si injectoare specializate.<br />
O prima directie a cercetarilor a constat in folosirea apei sub presiune pentru reducerea<br />
noxelor NOx, iar o alta directie a constat in utilizarea ureei.<br />
Activitatea de cercetare s-a desfasurat in cadrul societatii Lafarge Ciment Romania – sectia<br />
Hoghiz, cu aplicatie pe cuptoarele cu flacara la fabricarea cimentului.<br />
Cercetarea intreprinsa a rezolvat problemele propuse cu valorificarea la maxim a<br />
ansamblului de date experimentale si reducerea la minim a erorilor de masurare.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
6
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
CAPITOLUL II<br />
STADIUL ACTUAL PRIVIND NOXELE GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
2. 1 Procese industriale generatoare de noxe in cuptoarele industriale cu flacara<br />
Cele mai multe emisii de CO2 si N2O produse de intreprinderile industriale se datoreaza proceselor<br />
de combustie. Astfel, ca activitatile care provoaca aparitia acestor agenti poluanti in combinatele<br />
mari sunt:<br />
• Procesul de aglomerare <strong>din</strong> sinterizare, deoarece este necesara o mare cantitate de energie pentru<br />
topirea materialelor.<br />
• Incalzirea camerelor bateriilor de cocs.<br />
• Procesul de cocsificare.<br />
• Productia de fonta bruta in cuptoarele de topire.<br />
• Procesul de producere a otelului <strong>din</strong> fonta bruta in otelarii pe baza oxigenului.<br />
• Cuptoarele cu flacara reprezinta sursa celor mai multe emisii de CO si N2O urmate de bateriile de<br />
cocsificare , instalatiile de sinterizare si de cuptoarele ce utilizeaza oxigenul.<br />
2.1.1 Estimarea emisiilor provenite de la surse<br />
Factorii de emisie sunt acceptati în operatiile de procesare, operare si ardere, ele depind de calitatea<br />
materialului folosit si de eficienta controlului poluarii aerului.<br />
2.1.2 Emisiile si valorile limita, determinarea emisiilor de noxe<br />
Emisiile de noxe se exprimă uzual în concetraţia masică Cm(mg/m 3 sau mg/m 3 N) şi în<br />
concentraţie volumică Cv(ppm).<br />
Cea mai mare parte a sulfului existent în combustibil (peste 95%) se transformă în SO2 iar<br />
restul de circa 5% în SO3. Conţinutul de emisii de sulf exprimate în SO2 depinde de procentul de<br />
sulf <strong>din</strong> combustibil şi de consumul de combustibil al instalaţiei de ardere.<br />
Oxizii de azot rezultaţi în gazele arse provin în principal <strong>din</strong> azotul <strong>din</strong> aerul necesar<br />
arderii. Pentru instalaţiile de ardere, care funcţionează cu combustibili lichizi sau gazoşi debitul<br />
de NOx depinde atât de natura combustibilului utilizat cât şi de natura arzătorului, modul de<br />
injectare a gazelor recirculate etc.<br />
2.1.2.1. Metoda de calcul a emisiilor<br />
Metodologia a fost elaborată de Divizia de Strategie şi Dezvoltare Economică (DSDE) a<br />
Companiei Naţionale de Electricitate <strong>din</strong> România (CONEL) în concordanţă cu standardele<br />
în vigoare şi se aplică atât în cazul unităţilor proprii cât şi pentru alte societăţi .<br />
Determinarea corectă a emisiilor de poluanţi se face pe baza măsurătorilor cu aparatură<br />
specializată. Pentru postevaluări pe diferite perioade de timp, cât şi pentru întocmirea rapoartelor<br />
statistice, pentru verificări ale încadrării în norme precum şi pentru elaborarea de prognoze,<br />
evaluarea emisiilor se poate face şi pe bază de calcul.<br />
Oxizii de azot sunt consideraţi a avea un impact important asupra mediului înconjurător:<br />
contribuie la formarea de ploi acide, care au efecte asupra ecosistemelor; participă la poluarea<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
7
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
fotochimică şi la formarea de ozon troposferic; favorizează bolile pulmonare şi efect ilariant<br />
(protoxidul de azot). Din aceste cauze, emisiile de oxizi de azot, sunt reglementate strict.<br />
2.2. Procesele de formare a oxizilor de azot<br />
Spre deosebire de oxizii de sulf care sunt în mod intrinsec legaţi de conţinutul în sulf al<br />
combustibilului utilizat, cantitatea de oxizi de azot generată în timpul arderilor, desi depinde într-o<br />
oarecare măsură de tipul de combustibil folosit, depinde în acelaşi timp de condiţiile în care are<br />
loc arderea.<br />
2.2.1. Mecanisme de formare a oxizilor de azot<br />
Pe parcursul arderii combustibililor se formează în special monoxidul de azot (NO) iar<br />
dioxidul de azot reprezintă circa 5% <strong>din</strong> totalul oxizilor de azot formaţi şi cunoscuţi sub<br />
denumirea de oxizi de azot (NOx). Emisia de oxizi de azot (NOx) se exprimă în dioxid de azot<br />
(NO2), deoarece, deşi în focar se formează cu precădere monoxidul de azot (NO) până la<br />
evacuarea în atmosferă acesta se transformă în dioxid de azot.<br />
Principalii factori care influenţează mecanismele de formare a monoxidului de azot în<br />
focar sunt: parametrii de ardere si proprietăţile combustibilului (puterea calorifică, conţinutul de<br />
azot <strong>din</strong> combustibil şi conţinutul de materii volatile).<br />
2.2.2. Mecanismul termic de formare a oxizilor de azot<br />
Mecanismul termic se datorează reacţiei azotului molecular cu oxigenul molecular.<br />
În tab. 2.10 sunt prezentate constantele vitezelor de reacţie şi energiile de activare pentru<br />
reacţiile mecanismului termic de formare a monoxidului de azot [69].<br />
Tabelul 2.10. Constantele vitezelor de reacţie şi energiile de activare principalele reacţii de<br />
formare a NO termic.<br />
Reacţia<br />
Constanta vitezei de reacţie<br />
RNO<br />
cm 3 /mol·s<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Energia de<br />
activare E<br />
KJ/mol<br />
Temperatura T<br />
K<br />
N2+O→NO+N 7,6·10 7 ·exp(-E/RT) 316 2000÷5000<br />
N+NO→N2+O 1,6·10 7 ≈0 300÷5000<br />
N+O2→NO+O 6,4·10 3 ·exp(–E/RT) 26 300÷300<br />
O+NO→O2+N l,5·10 3 t·exp(–E/RT) 126 1000÷3000<br />
N+OH→NO+H 1,32·10 8 0 300÷2500<br />
NO+H→N+OH 2·10 8 ·exp(–E/RT) 200 2200÷4500<br />
NO2 3<br />
7000<br />
5000<br />
3000<br />
λ=1,5 λ=1,2<br />
λ=1,05<br />
1400 1600 1800 2000 3000<br />
Temperatura [<br />
Figura .2.2. Dependenţa monoxidului de azot termic (exprimat în NO2) funcţie de temperatură şi<br />
coeficientul de exces de aer (λ).<br />
0 1000<br />
C]<br />
8
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
2.3 Limitarea formării oxizilor de azot în timpul arderii<br />
2.3.1 Principii<br />
Emisiile de NOx depind de compoziţia şi natura combustibilului, hotarator de condiţiile in care se<br />
desfăşoară reactia şi geometria instalaţiei.<br />
Metodele primare principale prin care se controlează sau se reduce producţia de NOx, prin<br />
modificarea condiţiilor de combustie, precum şi efectele acestora sunt redate în tab. 2.11<br />
Tabel 2.11. Masuri primare de reducere a NOx [6, 48]<br />
Măsura primară Efectul său este asupra<br />
Reducerea excesului de aer NOx termic + NOx combustibil<br />
Preîncălzirea redusă a aerului NOx termic<br />
Reducerea sarcinii NOx termic<br />
Arderea în trepte:<br />
etajarea arderii combustibilului<br />
etajarea aerului<br />
arzătoare cu NOx redus<br />
Proiectarea cazanului: localizarea arzătoarelor<br />
strat fluidizat<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
NOx termic + NOx combustibil<br />
NOx termic + NOx combustibil<br />
NOx termic + NOx combustibil<br />
NOx termic<br />
NOx termic<br />
Recircularea gazelor de ardere NOx termic<br />
Injecţie de abur / apa / uree NOx termic<br />
2.3.2. Tehnologii aplicate în practica de limitare a formării oxizilor de azot în timpul<br />
arderii<br />
Reducerea excesului de aer sub cel necesar sau a temperaturii de preîncalzire a aerului<br />
conduce la reducerea temperaturii <strong>din</strong> focar şi la reducerea formării NOx. Măsurile de reducere<br />
urmăresc realizarea unor arzătoare perfectionate care să conduc la o ardere completă si uniformă,<br />
cu un reglaj fin al raportului aer combustibil şi îmbunătătirea amestecului în zona de reactie.<br />
Aceasta realizează simultan şi reducerea emisiei de oxizi de carbon.<br />
2.3.3 Reducerea oxizilor de azot formati<br />
Dificultatile si limitele metodelor primare, impun, într-un mare numar de cazuri,<br />
recurgerea la tehnici secundare de reducere a oxizilor de azot (NOx) în avalul arderii, prin<br />
procedee post-combustie.<br />
2.3.3.1 . Reducatorii<br />
Reducerea selectiva, chiar daca este catalitica sau necatalitica, are loc prin injectarea unui produs<br />
chimic ce permite eliberarea unui radical NH2, care ataca moleculele de NO si NO2.<br />
Ca reducatori, în mod special, sunt întrebuintati: amoniacul, NH3; ureea, CO(NH2)2; acidul<br />
izocianuric, (HOCN)3.<br />
2.3.3.2. Reducerea selectiva necatalitica – SNCR<br />
Reducerea selectiva necatalitica se produce într-o fereastra de temperatura care se<br />
situeaza între 850 0 si 1000 0 C. Din punct de vedere al procesului de reducere, aceasta fereastra<br />
este relativ îngusta.<br />
9
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
2.3.3.3 Reducerea selectiva catalitica – SCR<br />
Principiul reducerii de oxizi de azot cu tehnica SCR este similar cu cel cu tehnica SNCR,<br />
cu exceptia (dar acest lucru nu este un amanunt nesemnificativ) faptului ca reducerea se face în<br />
acest caz la o temperatura joasa, ceea ce ar duce la o reactie extrem de lunga sau la imposibilitatea<br />
realizarii acesteea, daca nu s-ar petrece în prezenţa unui catalizator.<br />
Reacţiile de denoxare (denitrare) sunt exoterme, ceea ce conduce la o usoară crestere a<br />
temperaturii catalizatorului.<br />
2.3.3.5 Măsuri primare pentru diminuarea producerii de NOx<br />
Oxizii de azot (NOx) se formează în gazele arse în principal datorită a doi factori<br />
temperatura şi excesul de oxigen în zona de ardere, o mai mică influenţă are calitatea<br />
combustibilului prin conţinutul de azot <strong>din</strong> acesta. Măsurile primare de reducere a oxizilor de azot<br />
urmăresc scăderea simultană în zona de ardere atât a temperaturii cât şi a coeficientului excesului<br />
de aer, coeficientul de exces de aer putând fi scăzut chiar până la valori subunitare.<br />
2.4. Fenomene secundare induse de procedeele de reducere a oxizilor de azot<br />
Aplicarea procedeelor secundare de reducere a oxizilor de azot sunt limitate de apariţia<br />
unor fenomene nedorite. Efectele nocive ale poluantilor sunt prezentate in tabelele 2.14 si 2.15<br />
Tabelul 2.14 Efectele nocive ale anhidridei sulfuroase (SO3) în aer la diferite concentraţii.<br />
Concentraţia [ppm]<br />
1ppm=1cm 3 produs<br />
poluant/m 3 aer<br />
Efect fiziologic Observaţii<br />
1 2 3<br />
0,3÷1,0 Se simte prin miros<br />
Concentraţii tolerabile în ateliere şi secţii de<br />
1,0÷10 Iritarea nasului şi ochilor<br />
1 0÷100<br />
Iritarea accentuată a<br />
nasului<br />
150÷650 Atacă aparatul respirator<br />
10.000 sau 1%<br />
Paralizie respiratorie<br />
progresivă<br />
lucru<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Posibilităţi de suportare, scăzând până la o oră<br />
cu creşterea concentraţiei spre 10 ppm<br />
mai accentuat ca sus<br />
½÷1 oră de expunere poate pune viaţa în<br />
pericol funcţie de rezistenta fiecărui subiect<br />
Iritarea părţilor umede ale pielii ce apare după<br />
câteva minute, concentraţie mortală<br />
Tabelul 2.15 Efectele altor poluanţi asupra omului.<br />
Poluantul<br />
Concentraţia<br />
[ppm]<br />
Efectul<br />
200 Suportabil o oră<br />
SO2<br />
5÷15<br />
2÷5<br />
Suportabil 8 ore<br />
Prag perceptibil după miros<br />
0,1÷0,2 Concentraţie maximă pentru şedere permanentă<br />
1500 Moarte rapidă<br />
H2SO4<br />
150<br />
20<br />
Tulburări după 2÷3 ore<br />
Tulburări după 8 ore<br />
2 Concentraţie suportabilă pentru şedere permanentă<br />
10
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
2000 Simptome grave după o oră<br />
CO<br />
100 Tulburări după 8 ore<br />
20 Suportabil pentru şedere permanentă<br />
CO2 5000 Tulburări după 8 ore<br />
4000 Mortal după ½ ore<br />
NH3<br />
100 Tulburări după 8 ore<br />
26 Sesizabil olfactiv<br />
Hidrocarburi 500 Tulburări după 8 ore<br />
2.4.2. Procedee pentru desulfurarea gazelor arse<br />
În fig. 2.8 este redată schematic clasificarea procedeelor de desulfurare a gazelor arse,<br />
precizându-se şi aditivul folosit.<br />
Procedeul umed<br />
Calciu<br />
Alcalin dublu<br />
Amoniac<br />
Procedeu cu<br />
regenerare termica<br />
Desulfurarea gazelor se realizează prin<br />
Procedeul semiuscat<br />
(cvasiuscat)<br />
Uscarea<br />
substanţei<br />
pulverizate<br />
Calcar<br />
Sodă<br />
Alţi<br />
absorbanţi<br />
2.5 Masuri tehnologice referitoare la reducerea CO2, in metalurgia feroasa<br />
Măsurile au fost preluate <strong>din</strong> studiul „Analiza de jos in sus”( Evaluarea economica a<br />
reducerii emisiilor in sectorul industrial <strong>din</strong> UE) şi completate cu date <strong>din</strong> „Industria<br />
siderurgica” - BREF. Aceste măsuri de reducere se concentreaza in principal asupra unei mai bune<br />
exploatari a surselor de energie, care va determina o reducere a GEG, in special a CO2.<br />
2.5.1 Injecţia de cărbune pulverizat si deşeuri de plastic, in cuptoarele de topire<br />
Injectarea de combustibil, in special de carbune pulverizat, in cuptoarele de topire pentru a<br />
inlocui o parte <strong>din</strong> cocs a devenit o practica uzuala in multe tari.<br />
Injectia de cărbune reprezintă o cale de a salva energie în productia de cocs. Sunt necesare în jur<br />
de 1,08 tone per tona de cocs înlocuit.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Procedeul uscat<br />
Adsorbţie în<br />
cocs activ<br />
Adsorbţie<br />
prin dioxid de<br />
cupru<br />
Adsorbţie<br />
prin nahcolite sau<br />
trona<br />
11
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
2.5.2 Recuperarea energiei provenite de la gaze in instalatiile de sinteză<br />
Energia recuperată poate fi utilizată pentru a preincălzi materia primă iar aerul de la combustie<br />
pentru a produce abur.<br />
2.5.5 Producerea eficientă de caldură la temperatura joasă (recuperarea căldurii<br />
primite <strong>din</strong> procesele cu temperaturi ridicate)<br />
Uzinele siderurgice mari desfasoară un mare număr de activităţi la temperaturi inalte. Există<br />
tehnici de recuperare a căldurii:<br />
Călirea uscată a cocsului<br />
Recuperarea căldurii de la arzătoarele <strong>din</strong> cuptoarele de topire<br />
Imbunătăţirea combustiei prin duze de injecţie mai bune.<br />
Recuperarea căldurii de la zgură<br />
Arzătoarele recuperatoare <strong>din</strong> cuptoarele cu supra-incălzire<br />
Eliminarea combustiei în cuptoarele cu oxigen<br />
2.6. Concluzii<br />
Folosirea arzătoarelor cu “Nivel scazut al NOx” permite micşorarea temperaturilor de vârf,<br />
reducând concentraţia de oxigen in zona combustiei primare şi micsorând timpul de rezistanţă la<br />
temperatură ridicată, acestea ducând la diminuarea NOx. Arzătoarele cunoscute ca “ Nivel ultrascazut<br />
al NOx” ajută la recircularea gazelor scăpate <strong>din</strong> sistem, facând posibile reduceri şi mai<br />
mari. Arzatoarele “Nivel scazut al NOx” pot conduce la reducerea emisiilor de NOx de la 40 la<br />
60% pentru combustibili gazosi şi de la 30 la 50% pentru combustibili lichizi. Arzatoarele “Nivel<br />
ultra-scazut al NOx” pot realiza reduceri de 60 - 75%.<br />
Gazele <strong>din</strong> scapari pot fi recirculate spre cazane şi incalzitoare pentru a mari efectul de diluare<br />
şi a reduce astfel temperatura arderii. Se pot adauga diluanti inerti in instalatiile de combustie, ca<br />
de exemplu abur, apa sau azot, pentru a reduce temperatura flacarii şi, in consecinta, concentratia<br />
de NOx <strong>din</strong> gazele <strong>din</strong> scapari.<br />
Introducerea treptata a combustibilului in arzator este cunoscuta sub numele de re-ardere şi are<br />
la baza crearea unor zone diferite in cuptor injectand treptat combustibil si aer. Scopul este de a<br />
reduce emisiile de NOx, care capata forma originala a azotului.<br />
Reductia selectiva non-catalitica reduce cantitatea de NOx formata in timpul procesului de<br />
combustie.<br />
Acest proces non-catalitic utilizeaza amoniacul sau urea pentru a reduce NOx la azot şi apa.<br />
Prin reductia selectiva catalitica amoniacul gazos este mixat cu gazele <strong>din</strong> scapari şi mixtura<br />
este filtrata printr-un convertizor catalitic pentru ca reactia sa fie completa.<br />
Spalarea noxelor se aplica gazelor <strong>din</strong> scapari o anumita substanta care oxideaza NO in NO2 şi<br />
care este absorbita impreuna cu SO2 in “turnul de spalat gaze”. Reactia chimica pentru absorbtia<br />
NO2 este:<br />
Procedeul SNCR permite realizarea unui grad suficient de denoxare a gazelor arse în<br />
conformitate cu normele de protecţie a mediului înconjurător existente în prezent.<br />
Deşi prin procedeul SNCR se obţine un grad mai mic de denoxare faţă de procedeul SCR,<br />
acest dezavantaj este compensat de cheltuielile de investiţie de circa 4 până la 6 ori mai mici la<br />
procedeul SNCR faţă de procedeul SCR şi acolo unde denoxarea se înscrie în normele de protecţie<br />
este preferabil aplicarea procedeului SNCR.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
12
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Aplicarea procedeului SNCR presupune instalaţii mai simple şi spaţiu pentru amplasarea<br />
lor mai redus. Pentru utilajele termice de dimensiuni mici şi mijlocii, existente în România, se<br />
apreciază că se poate folosi procedeul SNCR de denoxare simultan cu echiparea instalaţiilor cu<br />
arzătoare sărace în NOx, funcţie de durata de viaţă rămasă pentru utilajele respective.<br />
În activitatea de proiectare de noi utilaje, trebuie ţinut seama de eventualele norme de<br />
protecţie a mediului care vor fi tot mai restrictive in cadrul Uniunii Europene.<br />
CAPITOLUL III<br />
3. METODOLOGIA DE CERCETARE PRIVIND FUNCŢIONAREA<br />
CUPTOARELOR CU FLACARA<br />
3.1 Metodologie de cercetare<br />
Teza urmăreste diminuarea si inlăturarea noxelor produse prin arderea combustibilor<br />
solizi la cuptoarele industriale cu flacară, utilizate utilizand diferite substante chimice in reactiile<br />
<strong>din</strong> timpul arderii, proiectarea unor lancii pentru injectia substantelor chimice in focar prin<br />
utilizarea unor arzatoare specializate.<br />
Activitatea de cercetare s-a desfasurat in cadrul societatii Lafarge Ciment sectia Hoghiz<br />
cu aplicatie pe cuptoarele cu flacara de la fabricarea cimentului. Conditiile necesare la fabricarea<br />
cimentului rezolva problemele propuse in teza respectiv diminuarea noxelor cu valorificarea la<br />
maxim a anasamblului de date experimentale si reducerea la minim a erorilor de masurare in<br />
functionarea cuptoarelor cu flacara.<br />
Cercetarea modernă presupune folosirea sistemelor de achiziţie automată a datelor şi a<br />
sistemelor de prelucrare automată a datelor.<br />
Sistemul de achiziţie automată a datelor trebuie să întrunească o serie de caracteristici<br />
cum sunt:<br />
• domeniu larg de frecvenţe cuprins între zero şi o limită superioară care să depăşească<br />
frecvenţa maximă de interes;<br />
• posibilitatea cuplării la un mare număr de puncte de măsurare, pentru înregistrarea<br />
simultană a mai multor variabile;<br />
• transformarea semnalelor electrice transmise de traductoare, de tip analogic, în semnale<br />
electrice de tip numeric sau transformarea automată la scară;<br />
• posibilitatea transformării vizuale a datelor transmise prin sistem, pentru controlul<br />
desfăşurării experienţei şi a modului de prelucrare a datelor în sistem.<br />
În forma generală, sistemul de achiziţie automată a datelor are în componenţă trei<br />
elemente funcţionale:<br />
• elementul de intrare care cuprinde ansamblul trductoarelor de măsurare, cu circuitele<br />
conexe de prelucrare a semnalului şi un dispozitiv de transfer a semnalului pe un singur<br />
canal;<br />
• elementul de convertire a semnalelor de tip analogic în semnale de tip numeric;<br />
• elementul de ieşire care transferă semnalele de tip numeric în exterior într-o formă<br />
inteligibilă sau le memorizează pentru prelucrarea ulterioară pe calculator.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
13
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
CAPITOLUL IV<br />
4. METODE DE MASURARE A GAZELOR REZULTATE ÎN URMA ARDERII<br />
COMBUSTIBILILOR<br />
4.1. Metode de măsurare a emisiilor<br />
Măsurarea emisiilor este o metodă complementară determinării parametrilor funcţionali ai<br />
utilajului de încălzire, fiind un indicator a funcţionării corecte a instalaţiei de ardere, cât şi a instalaţiilor<br />
auxiliare pentru diminuarea noxelor.<br />
Pentru O2 şi CO2 indicarea concentraţiei se exprimă în procente volumice.<br />
Sursele de emisie sunt naturale şi artificiale ca rezultat a acţiunii umane.<br />
La măsurarea emisiilor se determină iniţial componentele gazoase şi conţinutul de particole<br />
solide <strong>din</strong> emisii, o importanţă deosebită având debitele masice emise. Pentru imisii cel mai des se<br />
utilizează noţiunea de depuneri sau depozite.<br />
Noxele lichide sau solide având dimensiuni de or<strong>din</strong>ul μm formează aerosolii.<br />
Când umiditatea aerului este relativ mare se formează smogul.<br />
Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul<br />
măsurătorilor continue se urmăreşte evoluţia în timp a valorilor măsurate iar în cazul măsurătorilor<br />
discontinue se determină valorile medii pentru controlul efectuat.<br />
Se utilizează măsurătorile on-line când măsurarea se face direct la locul de prelevare a probei,<br />
respectiv of-line când proba prelevată este transportată pentru a fi măsurată într-un laborator<br />
specializat.<br />
În tab. 4.1 sunt date principalele metode de investigare a impurităţilor gazoase <strong>din</strong> atmosferă<br />
[75].<br />
Tabelul 4.1.Principalele metode de investigare a impurităţilor gazoase <strong>din</strong> atmosferă<br />
Principiu Emisie Imisie Continuu Discon<br />
tinuu<br />
Fotometrie în IR X X X<br />
Fotometrie în UV X X X<br />
Fotometrie în domeniul<br />
vizibil<br />
Fluorescentă în UV<br />
X X NO2, Cl2,<br />
X X X SO2<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Exemple<br />
CO, CO2, SO2, NO, NH3,<br />
H2O,CH4,C2H2,C2H4 etc.<br />
O3, NO, NO2, SO2, Cl2, H2S,<br />
HCNO<br />
Chemiluminescenta X X X NO, NO2, (NOx), O3<br />
Fotometrie a flăcării X X<br />
Cantitatea totală de S, respectiv<br />
de SO2<br />
Ionizare a flăcării X X X<br />
Cantitatea totală de hidrocarburi<br />
CmHm<br />
Conductometrie X X X SO2,H2S,CO2,C12,HC1<br />
Amperometrie X (X) X NO2,H2S,O2,CO,SO2<br />
Coulombmetrie X X X SO2, Cl2<br />
Potenţiometrie X X X HF, HC1, O2
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Cromatografie X X X<br />
Colorimetrie (X) X (X) X<br />
Titrare pH-metrică X X<br />
Paramagnetism X X O2<br />
Conductivitate termică X X CO2H2<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Gamă largă de componente<br />
individuale<br />
SO2,NO2,F,O3,HC1,C12<br />
H2S,NH3,HCNO<br />
SO2,SO3,NOX,CO,C12, H2S, O2,<br />
NH3<br />
4.4. Concluzii<br />
Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul<br />
măsurătorilor continue se urmăreşte evoluţia în timp a valorilor măsurate iar în cazul măsurătorilor<br />
discontinue se determină valorile medii pentru controlul efectuat.<br />
Se utilizează măsurătorile on-line când măsurarea se face direct la locul de prelevare a probei,<br />
respectiv of-line când proba prelevată este transportată pentru a fi măsurată într-un laborator<br />
specializat.<br />
În cazul măsurătorilor of-line există posibilitatea ca prin păstrarea probei prelevate un anumit<br />
interval de timp să se favorizeze formarea unei cantităţi suplimentare de noxă (de exemplu protoxid de<br />
azot - N2O), formată suplimentar, fiind mult mai mare de cât cea existentă în proba iniţială. Pentru<br />
astfel de noxe analiza trebuie făcută imediat chiar la locul prelevării probei<br />
Importanţa tehnicii de măsurare directe a probei proaspete, nealterate, se va evidenţia prin<br />
exemplificarea erorii de măsurare, înregistrată cu ocazia primelor măsurători ale concentraţiei gazului<br />
luat in studiu<br />
CAPITOLUL V<br />
5. CONTROLUL ARDERII COMBUSTIBILILOR GAZOSI SI SOLIZI<br />
5.1. Combustibili gazoşi<br />
Cel mai utilizat combustibil gazos la utilajele termice de încălzire a produselor metalice este<br />
gazul natural extras <strong>din</strong> exploatările de gaze naturale.<br />
Compoziţia combustibililor gazoşi se exprimă în procente volumice (spre deosebire de<br />
compoziţia combustibililor lichizi care se exprimă în procente masice), şi se raportează la starea<br />
anhidră sau la cea umedă.<br />
5.2. Caracteristici energetice ale combustibililor gazoşi<br />
In tabelul 5.1 sunt prezentate caracteristicile combustibililor<br />
Tabelul . 5.1 Caracteristici ale componenţilor combustibililor<br />
Denumirea<br />
gazului<br />
Formula<br />
gazului<br />
Densitatea<br />
[kg/m 3 N]<br />
Masa<br />
moleculară<br />
relativă<br />
[kg/kmol]<br />
Constanta de<br />
gaz perfect<br />
Puterea calorică<br />
[MJ/kg]<br />
[kJ/(kgK)] superioară inferioară<br />
Azot N2 1,2505 28,016 296,749 - -<br />
Oxigen O2 1,42895 32 259,778 - -<br />
Bioxid de carbon CO2 1,9768 44,11 188,910 - -<br />
Bioxid de sulf SO2 2,9263 64,060. 129,787 - -<br />
Oxid de carbon CO 1,2500 28,011 296,945 12,644 12,644<br />
Hidrogen H2 0,08987 2.0156 4121,735 12,770 10,760<br />
15
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Hidrogen sulfurat H2S 1,5392 34,080 244,186 25,707 23,697<br />
Metan CH4 0,7168 16,040 518,722 39,858 35,797<br />
Etan C2H6 1,3560 30,068 276,744 70,422 64,351<br />
Propan C3H8 2,0037 44,094 188,778 101,823 93,575<br />
Butan C4H10 2,7030 58,120 143,177 134,019 123,552<br />
Pentan C5H12 3,4570 72,14601 115,240 162,397 146,077<br />
Etilena CH4 1,2605 28,052 296,651 64,016 59,955<br />
Propilenă C3H6 1,9150 42,080 197,996 94,370 88,216<br />
Acetilenă C2H2 1,1709 26,040 319,599 58,992 56,940<br />
Vapori de apă H2O 0,7680 18,0156 461,497 - -<br />
5.3 Combustibili solizi<br />
5.3.1. Caracterisiticile principale ale carbunilor<br />
Cărbunele este una <strong>din</strong> cele mai importante surse primare de energie, lui revenindu-i aproape<br />
70% <strong>din</strong> energia globală în rezervele de combustibili fosili.<br />
Cărbunii sunt roci sedimentare caustobiolitice, rezultate <strong>din</strong> fosilizarea prin încarbonizare a<br />
substanţelor vegetale. Se găsesc aglomeraţi în scoarţa pământului sub formă de zăcăminte, la adâncimi<br />
variabile, de la suprafaţă, la sute sau chiar la peste o mie de metri adâncime. Zăcămintele pot fi sub<br />
formă de masive, sau de straturi, iar durata de exploatare se estimează la peste 100 de ani.<br />
Principalele caracteristici ale cărbunilor şi utilizările lor sunt prezentate în tab. 5.5..<br />
Tabelul 5.5. Caracteristicile cărbunilor şi domeniile de utilizare [127]<br />
Tip cărbune<br />
Conţinut de<br />
carbon<br />
%<br />
Umiditate<br />
%<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Putere caloric<br />
kcal/kg<br />
Domeniul<br />
utilizării<br />
Antracit 89,5-96,5 2 7800-8350<br />
chimie,<br />
metalurgie<br />
Huilă 76-90 2-7 7000-9000 semicocs, cocs<br />
Cărbune brun 67-79 5600-7500 energetică<br />
Lignit 65-75 30-50 2600-4100 energetică<br />
Turbă 40-60 60-70 2000-5000 energetică<br />
Şist bituminos 600-700 energetică<br />
5.4. Calculul şi controlul arderii combustibililor<br />
5.4.1. Bilanţul material şi energetic al instalaţiilor de ardere<br />
Toate calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se<br />
raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor<br />
utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care în România este fixată la valoarea de 25°C.<br />
Bilanţul material exprimă principiul conservării materiei aplicat instalaţiei de ardere, la arderea<br />
completă a combustibilului şi se scrie sub forma:<br />
B + B · Ga,um = B · Gga [kg/s] (5.19)<br />
sau:<br />
1 + Ga,um = Gga [kg/kg comb.] (5.20)<br />
unde:<br />
16
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
B este consumul de combustibil [kg/s],<br />
Ga,um – masa aerului umed necesar arderii combustibilului [kg/kg comb.]<br />
Gga – masa gazelor rezultate în urma arderii combustibilului [kg/kg comb.]<br />
Bilanţul energetic al instalaţiei de ardere exprimă principiul conservării energiei aplicat instalaţiei de<br />
ardere.<br />
5.5. Concluzii<br />
Combustibilii utilizati in cercetarea experimentala sunt de tip gazos CH4 (pentru aprinderea,<br />
amorsarea arderii arzatorului) si solizi de tip cocs Aslan pulverulent ce se injecteaza in arzator de tip<br />
“Combustie redusa de NOx” <strong>din</strong> industria cimentului.<br />
Calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se<br />
raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor<br />
utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care este fixată la valoarea de 25°C.<br />
În cazul proiectării unei instalaţii de ardere, calculul se efectuează conform ecuaţiei de bilanţ<br />
material, pe baza compoziţiei elementare, respectiv a compoziţiei volumice a combustibilului,<br />
aplicându-se ecuaţiile stoichiometrice de reacţie <strong>din</strong>tre componentele combustibile şi oxigenul <strong>din</strong> aerul<br />
atmosferic.<br />
La determinarea prin analiza gazelor arse a componentelor CO şi CH4 (în gazele arse) se va<br />
proceda la reglarea coeficientului de exces de aer până la valoarea optimă astfel încât să nu existe noxe<br />
în gazele arse evacuate la coş şi nici un volum de oxigen în fum mai mare de 2÷3%, care este<br />
considerat optim atât <strong>din</strong> punct de vedere a funcţionării utilajului cu un randament maxim cât şi <strong>din</strong><br />
punct de vedere a noxelor evacuate pe coş.<br />
CAPITOLUL VI<br />
6. CONTRIBUTII SI CERCETARI PRIVIND REDUCEREA NOXELOR LA<br />
CUPTOARELE DE INCALZIRE CE FOLOSESC ARZATOARE<br />
CU COMBUSTIBIL SOLID<br />
6.1 Arzatorul de combustie<br />
Profilul de temperatură măsurată în timpul arderii cocsului este caracterizata de o creştere a<br />
temperaturii de aproximativ 0,7 s: particulele şi gazul atingand 1060 °C. Acesta este zona în care are<br />
loc devolatilizarea. Oxidarea acestor materiale volatile creează o flacără şi, astfel, o zonă de<br />
temperaturi mai ridicate.<br />
Odată ce devolatilzarea este completata, există oxidarea de reziduuri de carbon. Această reacţie<br />
este mai lenta. Temperatura particulelor şi a mediului gazos scăde pentru a ajunge la cel al reactorului.<br />
Zona temperaturi ridicate este zona în care pierderea de masă a particulelor este cea mai importanta.<br />
In fig. 6.2 se prezinta schema de principiu si aspectul unui arzător comercial ce foloseste<br />
combustibil cocsul pulverulent, cu initierea flacarii cu gaz metan. Introducerea combustibilului se face<br />
în general prin furnizarea a o mică parte a combustibilului într-o regiune înainte de zona principala de<br />
combustie. Acest aparat este destinat în primul rând de a reduce emisiile de NOx de conversie. Azotul<br />
molecular în timpul trecerii sale prin regiunea unde ponderea minorităţii de combustibil este injectat<br />
impune conditia acestei regiuni in favoarea reacţiei reductive de NOx prezente în radicali de<br />
hidrocarburi de combustibil. Aplicarea acestei tehnici, cunoscuta sub numele de ("reburning"), prevede,<br />
de asemenea, furnizarea de aer suplimentar in proces, la sfârşitul camerei de ardere, cu scopul de a<br />
finaliza oxidarea de combustibil. Indiferent de combustibil utilizat în zona principală, gazul natural este<br />
combustibilul injectat de obicei în partea <strong>din</strong> faţă a zonei principale.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
17
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Pentru cercetarea emisilor de gaze rezultate in urma arderii cocsului s-a abordat metoda<br />
absorbtiei in infrarosu ce implica niveluri de rotatie de energie si de vibratia moleculelor. Acesta va<br />
avea prin efectul de vibrare, modificarea distantelor inter-atomice sau a unghiurilor de legatura. Durata<br />
de viata a stărilor excitate este foarte scurta, de or<strong>din</strong>ul a 10 -13 sec. şi ansamblul revine rapid la starea<br />
fundamentala [28].<br />
Frecvenţa radiaţiei absorbite depinde de frecventa de vibratie, în timp ce intensitatea radiaţiei absorbite<br />
depinde de variaţia momentului dipol.<br />
6.2. Reducerea NO cu carbon solid, mecanisme de reactie<br />
În cele ce urmeaza s-au evidenţiat rezultatele obţinute, atât pe plan cinetic şi cat si pe plan fizic<br />
(influenţa caracteristicilor cărbunelui) al reacţiei eterogene de reducere a NO pe carbon solid.<br />
6.2.1. Mecanisme globale<br />
Produsele dominante ale reacţie reducere a NO pe carbon sunt N2, CO, CO2 , [27, 77].<br />
C + 2NO → CO2 + N2 (6.3)<br />
C + NO → CO + ½ N2 (6.4)<br />
CO + NO → CO2 + ½ N2 (6.5 )<br />
Specia CO, produs de reacţie N2O + C → N2 + CO, are posibilitatea de a reacţiona cu NO la<br />
suprafaţa carbonului solid în conformitate cu reacţia SO2 + H + M ↔ HSO2 + M .<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
a<br />
b c<br />
Figura . 6.2 Arzator Low NOx<br />
a- schema de principiu:<br />
A- temperatura inalta- zona bogata in combustibil devolatilizata, B- producerea flacarii si reducerea<br />
spatiului, C- zona de descompunere NOx ,D- zona oxidanta; b- vedere de ansamblu, c- duza<br />
arzatorului<br />
18
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Prin urmare, este dificil să se obţină date cinetice intrinseci privind reactia de reducere a NO ,<br />
fără a ţine seama de aceasta reacţie.<br />
În timpul reacţiei <strong>din</strong>tre NO şi a reziduurilor de carbon, azotul poate reacţiona pentru a forma<br />
de N2O. Este o specie minoritară, a cărei evoluţie este descrisă în acest paragraf.<br />
6.2.2. Mecanisme detaliate<br />
Literatura de specialitate prevede mecanisme detaliate care descriu, cu ajutotul unui numar de<br />
reactive mai mult sau mai puţin important, reducerea de NO pe carbon solid.<br />
6.2.3. Parametrii cineticii de reacţie<br />
Vom prezenta in continuare un rezumat al datelor cinetice <strong>din</strong> literatura de specialitate, cu<br />
privire la reacţia de reducere a NO pe carbon solid.<br />
Modelul cinetic<br />
În cazul acestei reacţii eterogene non-catalitică, este posibil să se exprime în funcţie de viteza<br />
de reactie [27, 111]:<br />
m<br />
− r = η k S P<br />
unde :<br />
si<br />
NO<br />
NO<br />
NO<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
r<br />
NO<br />
dNO<br />
− rNO =<br />
(6.6)<br />
dt<br />
- rNO este rata de distrugere (molNO.s -1 )<br />
kNO = constanta cinetica (molNO.s -1 .m -2 .atm -m )<br />
Sr = suprafata reactiva (m 2 )<br />
PNO = presiunea partial de NO (atm)<br />
m = or<strong>din</strong>ea de reactie<br />
ηNO = factorul de eficacitate Thiele<br />
constanta cinetica este in general definite de legea lui Arrhénius:<br />
⎡ Ea NO ⎤<br />
k NO = A NO exp ⎢−<br />
⎥<br />
⎣ R TP<br />
⎦<br />
(6.7)<br />
unde :<br />
ANO este factorul de frecventa al reactiei de reducere al NO pe C [molNO.s -1 .m -2 .atm -m ]<br />
EaNO - Energia de activare a reactiei de reducere a NO pe C [J.mol -1 ]<br />
Reacţia de NO cu reziduuri de carbon sau cu carbon este de or<strong>din</strong>ul întâi in comparatie cu<br />
presiunea parţială a NO [1, 27, 46, 111]. Or<strong>din</strong>ea de reacţie este apropiată de 0 la temperatura scazuta<br />
(≈550 ° C), pentru a ajunge la 1 la temperaturi mai mari (circa ≈0,9 la 830 ° C).<br />
Literatura de specialitate furnizează valori de energii de activare pentru diferiţi combustibili.<br />
Aceste valori sunt prezentate în tabelul 6.2. Ele sunt între 63 şi 261 kJ / mol.<br />
Tabel 6.2 Valori de energii de activare pentru diferiţi combustibili [102]<br />
Combustibil<br />
Interval de<br />
temperatura (°C)<br />
Or<strong>din</strong>al de<br />
reactie<br />
Ea<br />
(kJ/mol)<br />
Reziduu carbon <strong>din</strong> carbune 980-1480 1 137<br />
Grafit 600-850 1 239<br />
Reziduu carbon <strong>din</strong> carbune 550-900 1 223<br />
Reziduu carbon <strong>din</strong> carbune 700-980 1 138<br />
Reziduu carbon <strong>din</strong> rasina<br />
500-650<br />
650-800<br />
1<br />
63-88<br />
180<br />
19
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
10 carbon activ<br />
480-620<br />
650-780<br />
1<br />
0,23<br />
261<br />
116<br />
0,22 111<br />
Reziduu carbon <strong>din</strong> carbune 400-950<br />
0,43 167<br />
0,36 181<br />
or<strong>din</strong>ul si energia de activare pentru reactia NO-C<br />
6.2.4. Efectele proprietăţilor cărbunelui asupra reactivitatii<br />
In general sunt recunoscute, efectele importante ale proprietăţilor fizice şi chimice ale<br />
combustibililor asupra reactivităţii NO pe reziduu de carbon. Aceste proprietăţi includ:<br />
• rang cărbunelui original;<br />
• analiza elementala (C, H, O, N, S);<br />
• cantităţile de minerale;<br />
• suprafaţa specifica.<br />
În plus, condiţiile de piroliză influenteaza asupra structurii carbunelui format, şi, în consecinţă<br />
asupra reactivităţii cu NO. Într-adevăr, natura şi cantitatea de materii volatile, care au un impact asupra<br />
structurii reziduurilor solide, sunt dependente de rata de creştere a temperaturii, precum şi temperatura<br />
finală la piroliză.<br />
Prezenţa altor gaze pot modifica, de asemenea, reactivitatea carbunelui pe NO, prezenţa<br />
vaporilor de apă sau de oxigen pot avea, de asemenea, un impact.<br />
6.3. Efectul de oxizi de sulf si de azot<br />
Cocsul de petrol este un combustibil al cărui conţinut de sulf natural este ridicat, şi diferă de pe<br />
o gamă largă de la un cocs la altul.<br />
În timpul arderii cocsului de petrol, sulful va oxida pentru formarea unei reactii, responsabila de<br />
ploile acide: SO2. Cu toate acestea, în sectorul cimentului, prezenţa calcarului şi varului permit fixarea<br />
acestui SO2 [70]. Această reacţie are loc la temperaturi în care eficienţa de captare este cea mai mare<br />
[63], astfel încât prin vatra, emisiile de SO2 sunt practic zero.<br />
În condiţii prielnice, formarea de NO <strong>din</strong> combustibil este sporită de prezenţa de sulfului , în<br />
conformitate cu următoarele reacţii [48]:<br />
SO2 + H ↔ SO + OH (6.13)<br />
HCN + OH ↔ NH2 + CO (6.14)<br />
NH2 + OH ↔ NH + H2O (6.15)<br />
SO + NH ↔ NO + SH (6.16)<br />
Reacţia (6.13) permite, în condiţii prielnice in combustibil, formarea SO. Acest SO poate<br />
reacţiona cu produsul ambelor reacţii (6.13) şi (6.16) pentru a forma NO <strong>din</strong> combustibil.<br />
O prezentare sumară a tuturor reactiilor prezentate anterior este prezentată în fig.6.6.<br />
Aceasta este o diagrama simplificata în mod deliberat, care reprezintă reacţiile importante care<br />
afectează evolutia NO.<br />
În această figură, azotul <strong>din</strong> solid este eliberat în timpul devolatilizării ca HCN şi NH3. HCN<br />
apoi se oxideaza in NO, sau se poate forma N2O în prezenţa a radicalilor azotati. NH3 poate reacţiona<br />
cu solidele pentru a forma, la rândul NO şi N2. În prezenţa calcarului, NH3 poate forma, de asemenea,<br />
NO şi N2.<br />
Prin reacţie catalitică cu calcar, N2O poate forma NO.<br />
NO poate fi redus în contact cu solidul într-o reacţie eterogene pentru a forma CO, CO2 si N2.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
20
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Această reacţie este ameliorata în prezenţa de monoxid de carbon. Această reacţie poate<br />
produce, de asemenea, N2O.<br />
Sulful <strong>din</strong> combustibil este oxidat in SO2, o parte <strong>din</strong> SO2 va fi blocat de cenuşă solidă şi calcar.<br />
SO2 rămas va participa la reacţii în care speciile radicalilor H şi OH sunt consumate.<br />
Figura. 6.6 Diagrama de reacţii generale implicate în formarea sau distrugerea de NO şi N2O în<br />
prezenţa de sulf şi calcar. [74]<br />
6.4. Contribuţia unor mecanisme diferite în formarea şi distrugerea de NO<br />
6.4.1. Analiza procesului de ardere<br />
Profilul de temperatură măsurată în timpul arderii cocsului in cuptoarele metalurgice este<br />
caracterizata de o creştere a temperaturii de aproximativ 0,7s: particulele şi gazul atingand 1060 ° C.<br />
Acesta este zona în care are loc devolatilizarea. Oxidarea acestor materiale volatile creează o flacără şi<br />
astfel, o zonă de temperaturi mai ridicate.<br />
Odată ce devolatilizarea este completata, există oxidarea de reziduuri de carbon. Această reacţie<br />
este mai lenta decât la temperatura particulelor şi a mediu gazos si scăde pentru a ajunge la temperatura<br />
reactorului.<br />
Zona temperaturi ridicate este zona în care pierderea de masă a particulelor este cea mai<br />
importanta.<br />
Modelul termochimic prezinta evolutia in timp a masei fiecarei componente a particulelor de<br />
cocs, carbune şi cenuşă. S-au prezentat în fig. 6.7 evoluţiile maselor de cocs, <strong>din</strong> cărbune, şi particule<br />
(retinute pentru masa de cenuşă). Progresul de ardere (epuizare), care este un factor important în<br />
industrie pentru a proiecta reactoare, este, de asemenea reprezentat.<br />
Evoluţia masei de cocs indică durata devolatilizarii cocsului Asland: masa scade rapid la 0,8 s,<br />
apoi scade lent la aproximativ 2s. Devolatilizărea nu este complet terminata atunci când porneşte<br />
oxidarea reziduurilor de carbon. Într-adevăr, masa carbunelui creste la aproximativ 0.6 secunde, apoi<br />
descreste până la sfârşitul devolatilizării.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
21
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Masa adimensionala<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
0<br />
0.25<br />
0.5<br />
0.75<br />
1<br />
1.25<br />
1.5<br />
1.75<br />
2<br />
Timp [sec]<br />
2.25<br />
2.5<br />
2.75<br />
3<br />
cocs<br />
carbune<br />
cenusa<br />
particule<br />
Fig. 6.7 Evoluţia masei de cocs, cărbune, si de particule cenusa; evolutia progresului ardere<br />
După 2.5 secunde, progresul de ardere este de aproximativ 77%.<br />
Factorul de eficacitate Thiele este un indicator de regim de ardere: aceasta este 1 atunci când<br />
arderea se produce în toata particula, şi tinde la 0 atunci când aceasta are loc la suprafaţă. Evoluţia<br />
acestui factor este în funcţie de timp în fig. 6.8<br />
Figura 6.8 Factorul de eficienta Thiele în timpul combustiei cărbunelui [116]<br />
In fig. 6.8 acest factor este aproape de 1 pentru cel mai mare regim de ardere. Cu toate acestea,<br />
el scade la o valoare de 0,86 în zona de temperatură înaltă. Scăderea acestui factor se datorează unei<br />
creşteri de temperatură cauzate de oxidare a materiilor volatile: ea implică o accelerare a cineticii de<br />
oxidare a carbunelui, ceea ce duce la un consum semnificativ de oxigen : difuzia de oxigen în interiorul<br />
particulelor devine mai limitata. Cu toate acestea, în cazul arderii cocsului, se considera în mare parte<br />
un regim chimic: aceasta este cinetica de oxidare a carbunelui si nu difuzia de O2 <strong>din</strong> particule care<br />
limiteaza reacţia.<br />
Diferenţa relativă <strong>din</strong>tre această concentratie şi concentraţia de oxigen în mediul gazos este<br />
prezentată în fig. 6.9<br />
Această diferenţă este mică: concentraţia de oxigen la suprafaţa particulei este foarte apropiata<br />
de cea <strong>din</strong> mediul gazos. Decalajul este maxim atunci când temperatura este cea mai mare: aceasta este<br />
accelerarea cineticii de oxidare a carbunelui, care este provoaca foarte uşor acest deficit de oxigen pe<br />
suprafata particulei.<br />
22
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Figura . 6.9 Diferenţa relativă între concentraţia de oxigen <strong>din</strong> mediul înconjurător şi<br />
suprafaţa particule<br />
6.5. Analiza chimica a speciilor de azot<br />
Folosind modelul termochimic, cantităţile de NO produse sau distruse în fiecare reacţie pot fi<br />
acumulate în timp, ca un număr de moli produsi. Pentru a reduce cantităţi apreciabile cu uşurinţă,<br />
exprimam aceste cantităţi acumulate în ppm prin împărţirea la numărul de moli <strong>din</strong> sistem.<br />
6.5.1. Producţia de NO în faza gazoasa omogenă<br />
Am calculat cantitatile de NO produse sau distruse în timp pentru fiecare <strong>din</strong>tre reacţiile fazei<br />
gazoase care implică speciile de NO. Reprezentăm aceste cantităţi în figura 6.10 pentru reacţii care să<br />
conducă la mai mult de 1 ppm de NO produs sau distrus<br />
Fractiune molara<br />
Fractiune molara<br />
a b<br />
Fig. 6.10 (a)- Bilantul de producere si (b) de distrugere a NO pentru fiecare reacţie in faza gazoasa<br />
<strong>din</strong> schema chimica<br />
Reprezentare (a) <strong>din</strong> fig. 6.10 prezintă cantitatile de NO produse în faza de gazoasa, în timp ce<br />
(b) arată cantitatea de NO distrusa. S-a observat că evolutia cantităţilor de NO produse sau distruse<br />
este rapida inainte de 0.8 s, apoi lenta.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
23
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
6.5.2. Producerea şi reducerea NO în faza eterogena<br />
În această etapa, ne concentrăm pe NO produs <strong>din</strong> azot solid, şi NO distrus la suprafaţa<br />
reziduurilor de carbon. Vom compara aceste cantităţi pentru cele produse în faza de gaz (Fig. 6.11)<br />
Sursa majoră de NO <strong>din</strong> azot de solid este oxidarea carbunelui. Ea produce cantităţi importante<br />
de NO. Am observat într-adevăr, în timpul experimentelor de piroliză că NO nu este detectat în timpul<br />
devolatilizării.<br />
Reacţia de reducere a NO pe reziduu de carbon distruge cantitati importante de NO.<br />
Aproximativ 16% <strong>din</strong> NO produs prin oxidarea reziduurilor de carbon este distrus de această reacţie.<br />
Reacţiile in faza de gaze contribuie în mod semnificativ la producerea de NO cu 0,7 s. Ulterior, aceste<br />
reacţii distrug cantităţi semnificative de NO (aproximativ 200 ppm). Se constata, în fig. 6.11 că<br />
valoarea cumulată de NO care se formează în faza de gaz scade, ceea ce înseamnă că valoarea NO<br />
distrusa de unele reacţii in fază de gaz sunt mai importante decât cantităţile produse de către alte reacţii.<br />
Simularea de ardere a cocsului <strong>din</strong> petrol fig. 6.12 dovedeste ca nu conţine azot ce este folosit<br />
pentru a se produce combinatia de NO termic şi NO precoce. Rata azotului natural <strong>din</strong> cocsul <strong>din</strong><br />
petrol este mica (≈ 1,5%), profilul de temperatură calculata nu este schimbata în timpul arderii cocsului<br />
cu sau fără azot. NO obţinute în timpul arderii cocsului fără azot, nu este produs <strong>din</strong> azot <strong>din</strong> aer: el este<br />
NO precoce şi NO termic. Rezultatul acestei simulari arată că cantitatea de NO produsă in faza de gaz<br />
este de aproximativ 1 ppm: NO termic şi NO precoce care sunt astfel formate în proporţii neglijabile.<br />
Fig. 6.11 Cantitatile cumulate în timp de NO produs prin devolatilizăre şi oxidare pe carbune;<br />
cantitatile cumulate în timp de NO produse în faza de gaz; cantitatile cumulate de NO în timp de NO<br />
distrus prin reacţiii eterogene cu carbune; NO total present<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
24
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Temperatura [oC]<br />
Ardere<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8<br />
Timp [sec]<br />
2 2.2 2.4 2.6 2.8 3<br />
0.4<br />
0.8<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
1.2<br />
1.6<br />
Timp [sec]<br />
2<br />
2.4<br />
2.8<br />
ardere<br />
Fig. 6.1.2 Simularea arderii cocsului Asland într-un reactor, la 990 ° C: (a)- profilul de<br />
temperatură al particulelor şi al gazului (b) evoluţia progresului de ardere<br />
6.5.3. Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO<br />
Temperatura este recunoscută în literatura de specialitate pentru influenţa în mod semnificativ a<br />
cantitatii de NO emise. Folosind modelul termochimic, vom studia impactul creşterii de temperatură<br />
de 10%, sau 990 °C în loc de 900 °C. Apoi realizam două simulări de combustie a cocsului Asland:<br />
unul la 900 °C, iar celălalt la 990 °C. Profilul de temperatură calculat, fig 6.12 a, precum simularea<br />
evolutiei progresului de combustie sunt reprezentate grafic în figura 6.12 b pentru ardere cocsului<br />
Asland la 990 °C. Se remarca pe aceasta figura că temperatura particulelor (Tp) şi a mediului gazos<br />
(Tg) depaseste 1450 °C în zona de flacără, în timp ce acesta nu a tins decat 1060 °C, când reactorul era<br />
de 900 °C. În consecinţă, progresele de ardere înregistrate se schimbă foarte rapid, la 0.95 după 0,5 s,<br />
întrucât, după acelaşi timp, acest progres este de 0,2 atunci când temperatura in reactor este de 900 ° C.<br />
Acest decalaj va afecta cantitatile de NO produs <strong>din</strong> azotul <strong>din</strong> combustibil.<br />
Concentraţiile de NO în funcţie de timp s-au convertit la cele două simulări în unităţi<br />
comparabile (ppm in adf la 3% O2). Concentraţii la 900 ° C, sunt exceptate de cele obţinute la 990 °C.<br />
Diferenţa cantităţiilor de NO emise de-a lungul timpului este reprezentată grafic în figura 6.13.<br />
S-a remarcat in aceasta figura că diferenţa emisiilor de NO creste la aproximativ 690 ppm de<br />
NO în zona de flacără. După 3s, diferenţa <strong>din</strong>tre emisiile de NO va fi redusă la 330ppm.<br />
Tp<br />
Tg<br />
25
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Fig. 6.13 Impactul temperaturii asupra emisiilor de NO în daf la 3% O2 (diferenţe între emisiile<br />
de NO intre doua temperaturi <strong>din</strong> reactor: 990 şi 900 ° C).<br />
Modelul ne permite să caracterizam mecanismul care determină această diferenţă. S-au<br />
prezentat în figura 6.14 contribuţiile diferitelor mecanisme implicate în timpul arderii cocsului Asland<br />
în reactor la 990 °C. Se poate observa <strong>din</strong> această figura ca emisiile totale de NO au atins un maxim<br />
mai devreme decât atunci când reactor temperatura a fost de 900 °C (de aproximativ 0,4 comparativ<br />
cu 0,8 s) şi că acest maxim este mai mare (aproximativ 900ppm in loc la 530ppm). La o temperatură<br />
de 990 °C, arderea este mai rapida, cantitatea de azot solid este eliberata aproape în întregime în mai<br />
puţin de 1s. Cantitatea de NO produsa în timpul devolatilizării nu s-a schimbat de când a fost finalizata<br />
la 900 ° C, în mai puţin de o secundă. Cu toate acestea, în figura 6.14 se observa că cantitatea de NO<br />
produsă prin oxidarea reziduurilor de carbon a ajuns la 750 ppm fata de 600 ppm la 900 °C, după 3<br />
secunde, atestand rezultatul direct al arderii mai avansate la 990 °C fata de 900 °C. Producţia de NO<br />
<strong>din</strong> toate reacţiile in faza gazoasa omogena este mai mare de 900°C: acest mecanism contribuie la<br />
aproximativ 600 ppm de NO dupa 3s. În plus, după 0.8s în reactor, la 900°C, reacţiile in faza gazoasă<br />
duc la distrugerea de NO. In reactor la 990 °C, cantitatea de NO produs in 0.4 s rămâne constantă,<br />
adică reacţiile de formare şi de distrugere a NO sunt in echilibru: nu există nici o distrugere a NO prin<br />
reacţia faza de gaz în reactor, la 990 °C.<br />
În plus, reducerea de NO pe carbune este mai importanta având în vedere că temperatura este<br />
mai mare: acest mecanism poate reduce la 500 ppm a emisiile de NO într-un reactor, la 990 °C.<br />
Figura 6.14 Cantitatea cumulată in timp în reactor, la 990 ° C de NO produs prin devolatilizarea<br />
şi oxidarea carbunelui; cantitatile cumulate în timp de NO distrus prin reacţii eterogene cu carbune;<br />
NO total prezent<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
26
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
O simulare a arderii cocsului ne conţinand azot într-un reactor, la 990 °C identifică valorile de<br />
NO termic şi precoce produse in faza de gaz. După 3s, cantitatea de NO produsă in faza de gaz este<br />
doar 38ppm. Diferenţă semnificativă în producţia de NO in faza de gaz gasita între cele două<br />
temperaturi este probabil legată de evolutia altor specii de azot (HCN, NH3, NX).<br />
În concluzie, o creştere a temperaturii reactorului la 990 °C influenţează emisiile de NO printro<br />
ardere mai avansata, pentru eliberarea în mai puţin de 3s a azotului <strong>din</strong> solide, şi o contribuţie mai<br />
mare a reacţiilor fazei de gaz a căror înregistrare este de câteva sute de ppm formate la sfârşitul<br />
combustiei. Mecanismele de formare a NO termic şi NO timpuriu au un impact redus asupra cantitatii<br />
totale de NO emise.<br />
6.6 Folosirea apei sub presiune pentru reducerea noxelor NOx<br />
Scopul cercetarii este de a evidenţia mecanismele de creare a NOx în duza şi de a identifica<br />
injectarea optimului de apă, care realizează o reducere semnificativă a emisiilor de NOx.(se face la<br />
temperaturi foarte ridicate in flacara cca 2000 0 C)<br />
Mai multe teste au fost efectuate pentru a evalua reducerea emisiilor de NOx, precum şi<br />
impactul asupra funcţionării cuptorului, injectarea de apă la debite şi presiune diferite.<br />
In cazul în care nu avem NOx la coşul de fum, NO se formează la duza principală a arzatorului<br />
la o concentraţie de 800 ppm şi 1000 ppm. Acestea sunt fluctuante datorita starii termice a cuptorului,<br />
arderi de oxigen de la gura cuptorului şi diluarea gazelor de evacuare prin decarbonatare a materialului,<br />
ce scade concentraţia de la 100mg/Nm 3 la 900mg/Nm 3 si oxigenul prin reducere de la de la 20% la 10<br />
%.<br />
Cifra este redata pentru doua zile de test. Acesta arată că emisiile de NO2 în coşul de fum sunt<br />
direct corelate cu nivelul de NO la gazele iesite <strong>din</strong> cuptor.<br />
În rezultatele testelor se urmaresc doar modificări în NO la iesire <strong>din</strong> cuptor, analiza acestora<br />
este mult mai sigură şi mai rapidă, figura 6.15<br />
Fig. 6.15 Diagrama Tales de cuptor<br />
Pentru a studia impactul injecţiei de apă asupra emisiilor de NOx la cuptor au fost utilizate:<br />
• Fluxul a.qm 01 făină (T / h) este suma ratelor instantanee la poarta de intrare tip Lepol,<br />
• Măsurarea de clincher (var granulat) a.caolkk 01 (%) se face prin eşantionare la fiecare 20 de<br />
minute la cuptor şi analizor de conductivitate de tip Isys.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
27
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
• Consumul de calorii daithermies care<br />
• Debitul de carburant la poarta Lepol este fix, variaţiile sunt cele direct la duza.<br />
• Un pirometru de culoare, indică temperatura de zona de amestec în TZ (°C)<br />
• Analizor de gaze la ieşirea <strong>din</strong> cuptor conţinut a.O2/m25 brut (%) şi de oxid nitric<br />
- NO/m25 (ppm). MIR 9000 măsuri Analizorul de NOx emisiile la coş. Valoarea de<br />
reglementare<br />
- NO2chem/800 (mg/Nm 3 ) reprezintă 10% oxigen brut redus, cu 20% reducere.<br />
• Semnal de analiză şi alegerea perioadei de observaţie<br />
Pentru a compara diferitele setări, am efectuat studii medii pentru fiecare parametru pe perioade<br />
de 2 ore. Aceasta perioadă oferă un bun compromis în stabilizarea cuptorului, după modificarea<br />
unui parametru de flacără, şi o nevoie de a avea aceleaşi condiţii de pregătirea materiilor prime<br />
chimice<br />
Semnalele de analiza a gazelor şi zona de temperatură arată o perioada de 10 min de zgomot<br />
slab şi amplitu<strong>din</strong>e comparabilă cu impactul dorit cu injecţie de apă. Prin aceste semnale in medie<br />
de peste 10 min am introdus un usor decalaj si zgomotul dispare.<br />
Formarea de NOx- este un produs de reacţie de oxidare de azot cu oxigen la temperaturi ridicate.<br />
Această reacţie are o cinetică lentă în comparaţie cu ardere în alte scopuri şi necesită disponibilitatea de<br />
prezenta radicalilor O-OH şi la o temperatură înaltă în reziduuri de combustie.<br />
In fig. 6.16 este prezentat schema injectaii de apa in focarul cuptorului<br />
Figura 6.16 Schema injectaii de apa in focarul cuptorului<br />
Un prim studiu a fost realizat pe flacără OCTC care a condus la o schimbare în impuls specific<br />
7-3 menţinând în acelaşi timp un vârtej de 0,15.<br />
Astfel noile setări au fost:<br />
• servomotorul prin reducerea fluxului de oxigen a aerului de ardere: aer axiale de 2500 Nm 3 / h<br />
la 1250 Nm 3 / h şi 1500Nm 3 aer de rotaţie / 1100Nm 3 am / pm<br />
• servomotorul de reducerea temparaturii in flacără, răspân<strong>din</strong>d astfel unităţi termice peste un<br />
volum mai mare.<br />
Rezultatul a fost o reducere de 30% de NO la iesirea <strong>din</strong> cuptor.<br />
În tab. 6.5 se prezinta energia consumată prin injectarea de apă (500l / h), în inima flacarii<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
28
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Tabel 6.5 Energia consumată prin injectarea de apă (500l / h)<br />
Zona Temperatura<br />
A Lungime de la 0 – 1m corespunde distantei de ardere T°C< 600°C<br />
B Distilarea combustibililor volatili cu formare de CO 2 si H2O 600°C
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Testarea de 13 şi 14 octombrie 2009<br />
Setări: apa 500 l / h la aer P = 3 bar<br />
Perioada acoperită:<br />
Fără apă 12/10 la 13/10 la 20h la 14h (18h durată)<br />
Injecţie 13/10 la 14/10 la 16h la 02h (18h durată)<br />
6.7 . Utilizarea ureei pentru diminuarea noxelor<br />
Ureea, având formula chimică (NH2)2CO se obţine prin încălzirea dioxidului de carbon şi<br />
amoniacului la 130°C şi 50 bar. Este sub formă de cristale incolore şi este solubilă în apă, se<br />
descompune termic formând amoniacul şi acidul izocianic conform relaţiei:<br />
(NH2)2CO→NH3+HNCO (6. 18)<br />
Procesul de denoxare se datorează radicalului activ NH2 care reacţionează cu NO formând<br />
azotul molecular şi apa conform reacţiei:<br />
NH2+NO → N2 +H2O (6.19)<br />
Radicalul NH2 se obţine fie prin combinarea amoniacului cu radicalul oxidril, fie cu oxigenul<br />
atomic conform reacţiilor:<br />
NH3+OH→NH2+H2O (6.20)<br />
2NH3+O→2NH2+H2O (6.21)<br />
Reacţia (6.20 ) se desfăşoară la temperaturi în jurul valorii de 400°C iar reacţia (6.21) la<br />
temperaturi de 700÷800°C, aceste intervale fiind denumite ferestre de temperatură, când reducerea<br />
oxidului de azot este maximă.<br />
Prezenţa într-o proporţie corespunzătoare a apei oxigenate (H2O2) în substanţa activă injectată,<br />
contribuie la creşterea gradului de denoxare producând radicali OH prin descompunerea apei oxigenate<br />
la temperaturi de circa 400°C conform reacţiei:<br />
400° C<br />
HO 2 2 ⎯⎯⎯→ 2OH<br />
(6.22)<br />
Fig. 6.20 Schema sinoptica cu impactul injecţiei de apă, apa 500 l / h la aer P = 3 bar asupra<br />
emisiilor de NOx la cuptor<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
30
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Procesul de descompunere a apei oxigenate trebuie foarte bine controlat <strong>din</strong> punct de vedere al<br />
ferestrei de temperatură deoarece dacă se depăşeşte acesta temperatură de 400°C se pot produce emisii<br />
secundare de noxe cum ar fi NH3, protoxid de azot (N2O), acid izocianic (HNCO) şi CO.<br />
În ceea ce priveşte emisia de CO, pentru fiecare mol de uree rezultă un mol de CO care se<br />
oxidează la CO2 datorită oxigenului conţinut în excesul de aer.<br />
Noxele lichide sau solide având dimensiuni de or<strong>din</strong>ul μm formează aerosolii.<br />
Când umiditatea aerului este relativ mare se formează smogul.<br />
Smogul se formează prin acţiunea umidităţii <strong>din</strong> aer, a dioxidului de sulf şi a altor particole cum<br />
ar fi aerosolii. In prezenţa vaporilor de apă şi sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete ruv, dioxidul de sulf<br />
se va transforma în trioxid de sulf care dizolvat în apă formează acidul sulfuric conform reacţiilor<br />
(6.23) şi (6.24).<br />
2SO2 + O2 + ruv = 2SO3 (6.23)<br />
SO3 + H2O = H2SO4 (6.24)<br />
Utilizarea ureei este un procedeu recomandabil atunci când instalaţia de încălzire utilizează un<br />
combustibil cu un conţinut relativ mare de sulf. Ureea se amestecă în proporţie corespunzătoare cu apa<br />
calda si se malaxeaza ( fig. 6.24).<br />
Ureea astfel preparata se pompează în lancia de injecţie ( fig. 6.25). Aceasta este amplasata<br />
pe cosul de evacuare a gazelor. Răcirea lanciei se realizeaza de către fluidul reducător (apă cu uree).<br />
Din cele arătate mai sus rezultă că proiectarea şi construcţia lanciei de injectare este complexă şi nu<br />
există soluţii standard, problema rezolvăndu-se în general pentru fiecare utilaj sau grupe de utilaje, prin<br />
încercări experimentale.<br />
Fig. 6.25 Schema sinoptica a instalatiei de prepararea uree<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
31
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Fig. 6.26 Montarea lanciei injectie uree pe cosul de evacuare<br />
6.8 Elemente de proiectare a instalatiei de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru cuptorul<br />
cu flacara de la Lafarge Hoghiz Romania cu Sistem de reducere noncatalitica selectiva a oxizilor<br />
de azot<br />
6.8.1 Elemente de proiectare a instalatiei<br />
Avand in vedere similitu<strong>din</strong>ea proceselor chimice ce au loc in flacara arzatorului in cuptoarele<br />
metalurgice cu flacara cuptoarelor <strong>din</strong> industria cimentului s-a recurs la proiectarea si realizarea a<br />
unei instalatii de injectare a ureei in cuptorul cu flacara la SC Lafarge Romania .<br />
Cuptorul a fost echipat cu un sistem de reducere noncatalitica selectiva a oxizilor de azot.<br />
Pentru cuptorul cu flacara de la Hoghiz au fost analizate urmatoarele probleme specifice in industria<br />
cimentuului :<br />
• Generalitati despre NOx<br />
• Restrictii privind emisiile de oxizi de azot<br />
• Componentele sistemului NOx Out – Uzina Lafarge Hoghiz<br />
• Principiu de functionare al sistemului NOx Out<br />
• Conditii pentru o reactie eficienta<br />
• Prezentare sistem instalat in uzina Lafarge Hoghiz<br />
• Rezultate experimentale in uzina Lafarge Hoghiz in cursul anului 2010<br />
• Proiectarea unui sistem de monitorizare continua a emisiilor NOx<br />
6.8.2. Principiu de functionare al instalatiei<br />
• Ureea granule fig. 6.27) este descarcata in silozul pentru stocare printr-un sistem de transport<br />
pneumatic.<br />
• Apa potabila este tratata (sunt eliminate mineralele si bacteriile) cu ajutorul modulului de tratare<br />
a apei (fig 6 .30 si fig 6.31) si este stocata in rezervorul de apa pentru solutie (fig 6.32)<br />
• Pentru prepararea solutiei de uree (concentratie masica 45% uree) se transfera apa cu ajutorul<br />
modulului de pompare apa ( fig. 6.35 ) in rezervorul cu agitator (fig. 6.33) si este incalzita la o<br />
temp. de 60 0 C. Se cantareste ureea granule cu ajutorul cantarului (fig.6.28 si fig. 6.29 ) si se<br />
transfera in rezervorul cu agitator cu ajutorul unui sistem de transport pneumatic ( fig 6.36 ) .<br />
La terminarea transferului are loc o scadere de temperatura cu aprox. 20 0 C. solutia este<br />
incalzita la 50 0 C, omogenizata cu agitatorul <strong>din</strong> rezervor si recirculata cu pompa de<br />
recirculare si transfer ( fig 6.37 ) timp de aproximativ o ora.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
32
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
• La terminarea omogenizarii ea este transferata in bazinul de stocare solutie uree d e unde este<br />
preluata de modulul de pompare solutie si trimisa catre modulele de distributie solutie uree<br />
catre injectoare ( fig. 6.38 si fig 6.39 ).<br />
• Modulele distribuie solutia de uree pe fiecare injector in parte. ( fig 6.40 si fig 6.41 ) Fiecare<br />
injector pulverizeaza o perdea de solutie in fluxul de gaze <strong>din</strong> camera de trecere a cuptorului<br />
Conditii pentru o reactie eficienta<br />
• Pentru a avea o reactie cat mai eficienta si deci a minimiza costurile, trebuie avute in vedere<br />
urmatoarele:<br />
-Fereastra optima de temperaturi pentru injectie a solutiei de uree este intre 850 si<br />
1050 0 C<br />
- Curgerea fluidului prin camera de trecere trebuie sa fie cat mai laminara<br />
-Timpul de rezidenta trebuie sa fie optim<br />
-Concentratia solutiei sa se pastreze in limita 45% (±2%)<br />
- Injectoarele folosite pentru pulverizare trebuie sa fie in stare buna de functionare (pentru o<br />
imprastiere buna)<br />
Figura . 6.27 - Uree granule<br />
6.8.3 Componentele sistemului NOx Out proiectat<br />
In figurile 6.26 pana la 6. 41 sunt prezentate partile componente ale instalatiei proiectate si<br />
realizate<br />
• Siloz pentru depozitare uree granule<br />
• Cantar pentru uree granule,<br />
• Modul pentru tratarea apei ,<br />
• Rezervor pentru apa tratata ,<br />
• Rezervor cu agitator ,<br />
• Pompa de transfer si recirculare ,<br />
• Modul de pompare a apei tratate ,<br />
• Rezervor de solutie de uree ,<br />
• Modul de pompare a solutiei de uree ,<br />
• Modul de distributie a solutie la injectoare nivel 1 ,<br />
• Modul de distributie a solutie la injectoare nivel 2 ,<br />
• Injectoare nivel 1 ( fig. 6.40)<br />
• Injectoare nivel 2- ( fig. 6.41)<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
33
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
6.8.4. Sistem de monitorizare continua a emisiilor<br />
Software specializat OPSIS ENVIMAN<br />
Opsis Enviman este un nume comun pentru o serie de module soft ce permit gestionarea informatiilor<br />
de mediu, provenite de la sisteme de monitorizare a emisiilor. Opsis Enviman este un produs software<br />
ce permite achizitia, prezentarea si gestionarea datelor, masurate in functie de parametrii definiti.<br />
Modulele software furnizate sunt Com Visioner si Reporter<br />
Aplicatia EnviMan Com Visioner realizeza achizitia datelor masurate si validarea lor, asigurand si<br />
celorlalte module informatii utile procesarii datelor in diferite scopuri. Softul prezinta urmatoarele<br />
avantaje: accesarea statiilor de monitorizare de pe cos si colectarea datelor de la acestea validarea<br />
datelor masurate pe baza unor criterii configurabile.<br />
Toate datele receptionatede la distanta sunt stocate, putand astfel modificate criterile in orice moment<br />
permite calculul pe baza unor fomule, putandu-se astfel realiza corectia la conditii normale contine<br />
functii de export a datelor pentru celelate module EnviMan, dar si pentru alte pachete soft (cum ar fi<br />
cele de tipul spreadsheets); contine functii de raportare prin furnizraea de informatii grafice, numerice<br />
si tabelare, ce pot fi generate automat la intervale de timp prestabilite crearea de alarme pentru aproape<br />
to ate tipurile de conditii prezentarea in timp real a datelor prezentarea datelor vechi. Prin cateva<br />
apasari de mouse pot fi aduse de la statii date <strong>din</strong>tr-un interval de timp mai vechi, ce au fost colectate<br />
mai devreme se poate realiza controlul deplin asupra analizoarelor de gaz Opsis si a data logger-ului. O<br />
statie Opsis poate fi apelata la cerere, pentru verificare sau configurare on-line<br />
Aplicatia EnviMan Reporter este o aplicatie ce permite gestionarea si procesarea statistica a diverselor<br />
baze de date, fiind destinata pentru a fi folosita cu sistemele de monitorizare Opsis dataloggere, dar si<br />
cu orice baza de date in format ASCII.<br />
Rapoartele, graficele si datele sunt compatibile cu Microsoft Office, permitand astfel schimbul de<br />
date folosind functii de taiere, lipire si copiere<br />
Reporter poate extrage date de la cateva baze de date diferite, pentru analiza statistica si comparatie.<br />
Softul permite ralizarea de rapoarte grafice / tabele in urmatoarele formate intervale de timp, analiza<br />
in timp, distributii; clasificari; corelatii; interogari de baze de date prin calcularea<br />
min/max/frecventa/numarare/timp, filtre pentru valori absolute, filtre conditionate pentru valori min si<br />
max;<br />
integrare in intervale de timp de: minute, ore, zile, saptamani, ani;<br />
editare de formule cu 7 operatori, 30 de functii si 12 parametrii<br />
exclude rea datelor <strong>din</strong>tr-un interval de timp ;<br />
.6.8.5. Rezultate experimentale in sistemul instalat in cadrul SC Lafarge Hoghiz<br />
Instalatia a fost pornita <strong>din</strong> data de 16/02/2010 Testele pentru reglaj s-au realizat in perioda 16 feb – 3<br />
mar . Instalatia este monitorizata continuu pe tot parcursul functionarii cuptorului cu flacara 24 h<br />
<strong>din</strong> 24 h . Instalatia functioneaza si in prezent fara sincope .<br />
Pentru exemplificare am ales 3 ( trei ) etape reprezentative stiind ca media NOx la cos agreata de<br />
legislatia mediului in vigoare este 900 mg/Nm 3 :<br />
Etapa intai : in perioada 24 -25.02.2010;<br />
Etapa a doua in perioada 02. – 03.03.2010<br />
Etapa a treia : in perioada 07 – 08.03.2010<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
34
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
In tabelele 6.7, 6.8, 6.9 . sunt prezentate valorile NOx la cos si la Cap Rece pe perioadele analizata<br />
mai sus. Interpretarea rezultatelor se face pe un interval orar de 24 de ore (<strong>din</strong> ora in ora ) respectiv in<br />
cele trei perioade alese astfel<br />
pentru prima perioada 2/24/2010 ora 6 dimineata pana in 2/25/2010 ora 6 dim;<br />
pentru etapa a doua 02/03/2010 ora 6 dimineata pana la 03/03/2010 ora 6 dimineata; iar pentru etapa a<br />
treia 07/03/2010 ora 6 dim pana in 08/03/2010 ora 6 dimineata.<br />
Interpretarea rezultatelor in etapa intai:<br />
Au fost inregistrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 )<br />
Debitul de uree a fost modificat in functie de noxele reduse inregsitrate.Astfel in primele 4 ore s-a<br />
lucrat cu un debit de 1,21 l/h . In a cincia ora de functionarae debitul s-a crescut la 32,37 l/h .<br />
Incepand cu ora a sasea de functionare a fost marit debitul de uree de la 438,46 la pana la 665,36 l/h .<br />
Dupa 24 de ore de functionare facandu-se media consumului de uree s-a constatat valoarea de 434,67<br />
l/h pentru a reduce 374,80 (mg/Nm 3 ) .Valorile medii inregsitrate NOx la cos 1159,11 (mgNm 3 ) si<br />
NOx la cap rece 1133,91 (mg/Nm 3 ). Cantitatea de uree in litri folosita in 24 de ore 434,67 . Cantitatea<br />
de solutie de uree consumata pentru a reduce 1,00 mg de uree a fost 1,161 l ; respectiv ureea solida<br />
consumata pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 ) a fost 0,52 kg . Pentru a reduce 374,8 (mg/Nm 3 Noxe )s-au<br />
folosit 434,67 litri de uree In concluzie nu s-a atins limita impusa 850 (mg/Nm 3 ) .<br />
Interpretarea rezultatelor in etapa a doua :<br />
Au fost inregsitrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 )<br />
Debitul de uree la nivelul 1 a fost zero pentru primele cinci ore, apoi pana in ora a- 11 - a fost de 120<br />
l/h ; incepand cu ora a-12-a pana la sfarsitul perioadei monitorizata 400 l/h. Media inregistrata pe<br />
nivelul intai a fost 246,67 l/h.<br />
Debitul de uree pe nivelu doi a fost modificat in functie de noxele reduse inregsitrate.Astfel in primele<br />
2 ore s-a lucrat cu un debit de uree de aprox 480 l/h . In urmatoarele 8 ore de functionarae, debitul a<br />
fost de 623- 750,46 l/h . In a 11 ora s-a realizat o scadere a debitului de uree, iar pe parcursul orelor<br />
12-15 debitul de uree a crescut la 1200 l/h. In ultimele ore de monitorizare s-a inregistrat o scadere a<br />
debitului de uree ajungandu-se la valoarea medie de 625,69 l/h astfel ca media debitului de uree Nivel<br />
1+Nivel 2 , s-a inregsitrat la o valaore de 872,36 l/h<br />
Valoarea de 872,36 l solutie de uree corespunde pentru a reduce 889,90 (mg/Nm 3 NOx )<br />
Pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 NOx ) s-au folosi 0,98 l uree respectiv 0,44 g uree<br />
Media noxelor la Capul rece a fost 1748,98 mg/Nm 3 . Pentru a ajunge la valoarea de 859,08 Noxe cos<br />
mg/Nm 3 a fost nevoie a se reduce 889,90 (mg/Nm 3 ).<br />
Interpretarea rezultatelor in etapa a treia :<br />
Au fost inregsitrate noxele la cos (mg/Nm 3 ) precum si noxe la Cap rece (mg/Nm 3 )<br />
Debitul de uree la nivelul intai a fost fixat la 400 l/h asemanator cu debitul de uree la nivelul intai –<br />
etapa a doua.<br />
Debitul de uree la nivelul doi in primele cinci ore s-a redicat la valori aproximativ 600-700 l/h. In ora a<br />
sasea , a saptea , a opta si a noua debitul de uree la nivelul doi a scazut f mult ( 1,21 ll/h) ca apoi sa<br />
se inregistreze o crestere pronuntata in ora a 12 de 642,19 l/h<br />
Debitul scade in ora a 15 la 212,67 l/h ca apoi pana la sfarsitul intervalului monitorizat debitul sa aiba<br />
o valoare egala cu 0,68 l/h<br />
In consecinta valoarea medie a debitului de urere la nivelul doi este 246,87 l/h.<br />
Valoarea totala a cantitatii de uree ( nivel 1+ nivel 2 ) a fost de 646,87 l uree pentru a reduce 489,75<br />
(mg/Nm 3 ). Pentru a reduce 1 (mg/Nm 3 NOx ) s-au folosi 132 l uree respectiv 0,459 (g ) uree<br />
Cantitatea de noxe reduse este 489,75 provine <strong>din</strong> : Noxe cap rece - Noxe cos .<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
35
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
In figurile 6.43 pana la 6.51 sunt prezentate diagramele de monitoriyare a debitului de uree pentru<br />
reduicerea lui Nox .<br />
Fig. 6..43 Rreducere Nox Fig. 6..44 Debit solutie uree<br />
Fig 6.45 Noxe reduse<br />
Fig. 6.46 Reducere Nox Fig. 6.47 Debit solutie uree VS NOx<br />
Facand o medie pe luna februarie si martie conform tabelului 6.10 se contata urmatoarele<br />
Tabelul 6.10 Media pe luna a cantitatii solutie uree folosita<br />
FEB 2010 MAR 2010<br />
Media NOx la cos 1492 mg/Nm3 1266 mg/Nm3<br />
Media NOx Cap Rece 1591 mg/Nm3 1586 mg/Nm3<br />
Cantitate solutie uree<br />
folosita (medie pe luna)<br />
10 663 litrii 54 668 litrii<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
36
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
• Cantitatea inregistrata este mare datorita unui robinet de apa lasat deschis, aflat intre buncarul de<br />
solutie de uree si dulapul de pompare. Acest lucru a facut ca solutia injectata sa aiba o concentratie<br />
semnificativ mai mica decat cea normala (45% uree). Cu scopul de a reduce noxele s-au marit debitele<br />
de solutie de uree pana la gasirea problemei care cauza functionarea necorespunzatoare a instalatiei. In<br />
tabelul urmator ( tabelul .6.11. ) sunt prezentate perioadele cele mai reprezentative pentru functionarea<br />
instalatiei de reducere Nox in perioada de analiza<br />
Tabelul 6.11 Analiza asupra perioadei monitorizate de functionare<br />
Perioada analizata (media pentru<br />
24 ore)<br />
24 FEB – 25 FEB<br />
2010<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
2 MAR – 3 MAR<br />
2010<br />
7 MAR – 8 MAR<br />
2010<br />
Media NOx la cos 1159,11 mg/Nm3 859,08 mg/Nm3 1324,55 mg/Nm3<br />
Media NOx la Cap Rece 1533,91 mg/Nm3 1748,98 mg/Nm3 1814,30 mg/Nm3<br />
Solutie de uree consumata<br />
434,67 l/h 872,36 l/h 646,87 l/h<br />
(medie pentru 24 ore)<br />
Cantitate solutie uree<br />
consumata pt a reduce 1<br />
mg/Nm3<br />
Uree solida consumata pt a<br />
reduce 1 mg/Nm3<br />
Cantitate de uree solida<br />
bugetata<br />
Cantitate de uree solida,<br />
bugetata pentru a reduce 1<br />
mg/Nm3<br />
1.16 l 0.98 l 1.32 l<br />
0.52 kg 0.44 kg 0.59 kg<br />
575 kg/h 575 kg/h 575 kg/h<br />
0.71 kg 0.71 kg 0.71 kg<br />
Nu s-a atins limita impusa (850 mg/Nm 3 ) datorita problemelor tehnice aparute la instalatia de<br />
introducere solutie de uree (debitmetrul pentru nivel 1 defect, infundare conducte si filtre pompe,<br />
neetanseitati, blocari de uree in siloz, vane infundate). Pentru acestea s-a elaborat o lista cu probleme si<br />
un plan de actiuni .<br />
In tabelul 6.11. este prezentata cantitatea medie pentru lunile februarie si martie folosita de uree .<br />
Perioada in care s-a obtinut cel mai bun rezultat este 2 MAR – 3 MAR 2010, cand media noxelor pe 24<br />
ore a ajuns la valoarea de 859 mg/Nm 3 .<br />
6.9.Concluzii<br />
Oxizii de azot sunt dăunătoari pentru oameni, prin iritarea căilor respiratorii şi pentru mediu,<br />
producand ploile acide şi efectul de seră.<br />
NO termic, în principal format în duza de cuptor rotativ este o parte importantă a emisiilor<br />
totale de NO.<br />
Emisiile de NO într-un precalciner de ciment se datorează în principal azotului <strong>din</strong> combustibil.<br />
Acest azot <strong>din</strong> solide va fi eliberat în timpul devolatilizării şi oxidarii reziduurilor de carbon sub formă<br />
de HCN, NH3, N2, NO, şi N2O. Distribuţia de azot între solide şi gaze în timpul devolatilizării şi<br />
diferite specii de azot generate, şi evolutia azotului rămas în solide sunt de obicei reprezentate într-o<br />
formă arborescenta sugerată de Song s.a. Factorii care stabilesc distribuţia în fiecare ramură sunt dati<br />
pentru cărbune în literatura de specialitate.<br />
Specii de azot generate în timpul devolatilizării şi oxidari carbunelui vor reacţiona în faza de<br />
gaz care utilizează un număr mare de reacţii.<br />
37
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
NO este implicat în reacţii în faza eterogena cu carbon solid: el este redus pentru a forma N2,<br />
CO şi CO2. Aceasta este o reacţie importantă în mecanismele de distrugere a NO. O reacţie similară se<br />
produce cu N2O.<br />
Principalele puncte în ceea ce priveşte formarea şi distrugerea de NO sunt enumerate mai jos:<br />
• Când creşte temperatura <strong>din</strong> reactor creste (până la aproximativ 1100K), conversia azotului <strong>din</strong><br />
combustibil in NO creşte, în timp ce N scade în N2O, <strong>din</strong>colo de aceasta temperatura, conversia N<br />
in NO scade ;<br />
• În cazul în care concentraţia de NO creşte, N2O este, de asemenea în creştere;<br />
• Rangul cărbune nu are nici o influenţă clară asupra emisiilor de oxizi de azot;<br />
• Minerale au efect catalizator asupra emisiilor de NO şi N2O;<br />
Efectul suprafeţei specifice, nu este clar: se pare că emisiile de NO sunt invers corelate cu<br />
suprafaţa carbunelui, dar nimic nu apare cu carbue brut, în afară de o corelaţie obţinuta de Illan-Gomez<br />
între suprafaţa specifica (masurata la N2) şi de reactivitatea NO.<br />
• Reducerea de NO pe carbune este stabilită în două regimuri, în funcţie de temperatura, cu<br />
energii de activare diferite;<br />
• Constantele cinetice de la reacţia de reducere a NO pe reziduu carbonic în literatura de<br />
specialitate sunt răspândite pe scară largă;<br />
• Creşterea "duritatii" de tratare termică a reziduurilor de carbon determină reacţia lentă de<br />
reducere a NO şi N2O pe reziduuri de carbon.<br />
CO poate fi oxidat in CO2 prin reacţie eterogene cu calcar, dar, de asemenea, în fază de gaz<br />
plecand de la radicali H şi OH. Acesti radicali sunt parţial consumati de sulful <strong>din</strong> solide, reacţia de<br />
oxidare a CO a CO2 este încetinită. Concentraţia de CO este mai mare în prezenţa de sulf. Această<br />
concentraţie mai mare de CO va spori reactia de reducere a NO cu carbon solid. Mai mult decât atât,<br />
această reacţie va produce CO, care ajuta de fapt reactiile prezente. Pe de altă parte, SO2 catalizeaza<br />
reacţia de reducerea a NO la N2O. Astfel, în prezenţa de sulf, concentraţia de NO este redusa.<br />
Concentraţiile de poluanţi (SO2 şi NO) în timpul combustiei, variază de la unul cocs la altul în<br />
proporţii semnificative: de la 1728 la 4839 ppm SO2, şi 216 la 644 ppm de NO (3% în daf O2). În<br />
prezent, în conformitate cu literatura de specialitate, caracteristicile combustibililor care provoacă<br />
astfel de diferenţe in emisiile nu sunt bine cunoscute.<br />
Un rezultat important al acestei cercetări este faptul că emisiile de NO nu au fost corelate cu<br />
rata azotului natural <strong>din</strong> combustibili. Emisiile de NO, cu toate acestea, sunt corelate cu viteza de<br />
ardere a cocsului în Reactorul cu Flux antrenat. Putem atribui creşterea emisiilor de NO cu cresterea<br />
temperaturii. Această abordare arată de asemenea că AGT poate fi estimat cu precizie scăzută la viteza<br />
de ardere in conditiile precalcinerului. Reiese corelaţia (r 2 = 0,45) între vitezele de ardere în ambele<br />
dispozitive.<br />
Sulful este recunoscut în literatura de specialitate pentru implicarea în chimia NO, este iniţial<br />
în stare solidă sau gazoasă (SO2). Din cercetarile facute corelatia că emisiile de SO2 sunt proporţionale<br />
cu rata sulfului natural <strong>din</strong> combustibili. Prin intermediul emisiilor NO <strong>din</strong> cocs <strong>din</strong> petrol, aratăm că<br />
rata de sulf <strong>din</strong> solid are o influenţă redusă asupra emisiilor de NO la ieşirea <strong>din</strong> reactor. Cu toate<br />
acestea, o ten<strong>din</strong>ţă pare să indice că emisiile de NO sunt chiar mai mici decât rata de sulf care este<br />
mare. Experienţele specifice de dopaj in sulf în formă solidă şi forma de gaz nu au relevat reduceri<br />
semnificative ale emisiilor de NO. Câteva consideraţii ne-a condus să afirmam că interacţiunea <strong>din</strong>tre<br />
sulf şi NO are loc în strat de gaz <strong>din</strong> jurul fiecarei particule.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
38
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Într-o a doua abordare, am dezvoltat un model termice şi chimice detaliat, care să permită<br />
simularea numerică de ardere efectuata în condiţiile Reactorului cu flux antrenat. Acest model descrie<br />
toate reacţiile chimice, luând în considerare transferul de căldură şi speciile chimice.<br />
Din experimentele de piroliză a cocsului în RFE, am determinat parametrii cineticii de<br />
devolatilizare. Am identificat, de asemenea, soarta factorilor de azot <strong>din</strong> combustibil în timpul<br />
devolatilizării, cu o marjă mică de eroare. Din experimentele de ardere a cocsului, am determinat<br />
factorii legati de oxidarea reziduurilor de carbon, caz în care, fiecare factor nu a putut fi determinat cu<br />
un gradul ridicat de incertitu<strong>din</strong>e.<br />
Odata ce toţi parametrii sunt determinati, am putut simula arderea cocsului Asland, prin<br />
implicarea tuturor fenomenelor. Analiza reacţiilor principale, "suport termic" de combustie, este<br />
următoarea. Se constată că temperatura creşte la 1060 °C în zona de flacără, apoi coboară la<br />
temperatura cuptorului. În zona de temperatură înaltă, devolatilizărea are loc, şi oxidarea reziduurilor<br />
de carbon începe. Cea <strong>din</strong> urmă se va intampla mai lent. În timpul acestei faze, concentraţia de oxigen<br />
de la suprafaţa particulei este foarte aproape de cea a mediului gazos. Am arătat că oxigenul patrunde<br />
bine în particule. Reacţia este limitată de cinetica chimica de oxidare a reziduurilor de carbon.<br />
Analiza care ne permite să modelam diversele contribuţii pentru formarea de 530ppm de NO<br />
de la sfârşitul combustie este după cum urmează.<br />
In faza de gaz, am identificat reacţii care contribuie la formarea de cantităţi importante de NO.<br />
Unele reacţii apar, şi altele dispar peste 10000 ppm de NO: există un echilibru între contribuţiile mari.<br />
Aratăm că contributiile globale ale acestor reacţii sunt importantă în zona flacării, dar în cele <strong>din</strong> urmă<br />
devine secundar la sfarsitul arderii. Cantitatile de NO termic care se formează sunt neglijabile.<br />
Azotul <strong>din</strong> solide eliberat în timpul devolatilizării nu produce cantităţi detectabile de NO. NO<br />
generat de azot <strong>din</strong> solide este produs in cea mai mare parte prin reacţia de oxidare a reziduurilor de<br />
carbon. Cantitatea emisa la sfârşitul combustiei este aproape de 600ppm.<br />
Reacţia de reducere a NO are o contribuţie importantă, deoarece le-a distrus mai mult de 100<br />
ppm de NO la sfârşitul de combustie.<br />
Am aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO.<br />
Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 ° C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste<br />
350ppm. Mai important, contribuţiile diferitelor mecanisme se schimba. La 900 ° C, faza de gaz<br />
contribuie la producţia de NO în mod semnificativ în zona flacării, şi reduce cantitatea de NO la<br />
temperatură mai mică la 990 ° C, acesta oferă cantităţi de NO de or<strong>din</strong>ul 600 ppm în zona flacării,<br />
apoi se echilibreaza pentru productie globala zero atunci când temperatura scade. În plus, reducerea de<br />
NO pe carbune devine foarte importanta prin reducerea mai mult de 550ppm de NO. Creşterea<br />
temperaturii <strong>din</strong> reactorul influenţă astfel emisiilor de NO prin favorizarera participării a fazei gazoase<br />
mai mult ca la reducerea NO pe reziduu de carbon.<br />
Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul acestei cercetari arată o<br />
reproductibilitate de anumite comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de<br />
amestec a arzatorului, între 20 ° C şi 50 ° C şi o crestere a consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin<br />
introducerea în cuptor de var calcinat, acesta compeseaza aceste pierderi.<br />
Fluxul de apă şi presiunea aerului injectat „spray” afectează nivelul de reducere a Nox, in timp<br />
ce creşterea în „spray” a presiunii aerului îmbunătăţeşte o reducere a Nox.<br />
Fluxul de apă injectat are o eficienţă optimă la aproximativ 500 L / h - 750 l / h.<br />
Nivelul emisiilor de NO înainte de injectare de apa este de asemenea important: NO-1000ppm<br />
cu injecţie de 500L / h va reduce emisiile cu 100 ppm, în timp ce 800ppm la aceeaşi injecţie va reduce<br />
doar 20 ppm.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
39
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Se recomanda o rată fixă de injectare de apă de 500 l / h la 6 bar = Asocierea cu un minim de<br />
aproximativ 800ppm NO. În medie, se va obţine o reducere de NOx de 10%, cu o penalizare de<br />
consum şi a fluxului de căldură cuptor de 2%.<br />
Aplicarea măsurilor primare de denoxare, combinate cu injecţie de uree, au condus la o valoare<br />
a oxizilor de azot în gazele arse de sub 200mg/m 3 N, încadrându-se în prevederile legale în vigoare.<br />
CAPITOLUL VII<br />
7. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI DIRECŢII DE<br />
CERCETARE<br />
7.1. Concluzii finale<br />
Pentru diminuarea oxizilor de azot <strong>din</strong> gazele arse se recomandă atât măsurile primare de<br />
denoxare cât şi cele secundare.<br />
Măsurile primare de reducere a oxizilor de azot urmăresc scăderea simultană în zona de ardere,<br />
atât a temperaturii cât şi a coeficientului excesului de aer. Măsurile primare se realizează prin metoda<br />
arderii în trepte.<br />
Dacă prin aplicarea măsurilor primare de denoxare nu este posibil încadrarea în normele<br />
ecologice în vigoare se vor aplica procedeele secundare de denoxare (curăţire) a gazelor arse care au<br />
drept scop reţinerea (legarea) oxizilor de azot <strong>din</strong> gazele arse înainte ca ele să fie evacuate în atmosferă.<br />
Cele mai multe emisii de CO2 si N2O produse de intreprinderile siderurgice ( cuptoarele cu flacara)<br />
se datoreaza proceselor de combustie. Emisiilor de CO2 sunt mult mai mari, iar cele de N2O sunt mult<br />
mai reduse fata de primele in industria siderurgica. Astfel, vedem ca activitatile care provoaca aparitia<br />
acestor agenti poluanti in combinatele mari sunt:<br />
• Procesul de aglomerare <strong>din</strong> sinterizare, deoarece este necesara o mare cantitate de energie<br />
pentru topirea materialelor.<br />
• Incalzirea camerelor bateriilor de cocs.<br />
• Procesul de cocsificare.<br />
• Productia de fonta bruta in cuptoarele de topire.<br />
• Procesul de producere a otelului <strong>din</strong> fonta bruta in otelarii pe baza oxigenului.<br />
Cuptoarele de topire reprezinta sursa celor mai multe emisii de CO2, urmate de bateriile de cocsare,<br />
instalatiile de sinterizare si de cuptoarele ce utilizeaza oxigenul.<br />
Tehnologiile de reducere a oxidului de azot sunt comune pentru toate sectoarele studiate.<br />
Metodologiile sunt clasificate in doua categorii:<br />
• Tehnologii primare, cum ar fi pre-combustia, schimbari operationale si schimbari in<br />
instructiunile de combustie;<br />
• Tehnologii secundare, incluzand post-combustia gazelor <strong>din</strong> scurgeri sau tehnologii de<br />
evacuare a NOx.<br />
În procesul de ardere a combustibililor în focare cea mai mare parte a sulfului existent în<br />
combustibil se transformă în SO2 (circa 95% <strong>din</strong> sulf) iar restul în SO3, oxidarea sulfului având loc atât<br />
în flacără dacă excesul de aer este relativ mare cât şi pe traseul gazelor arse în prezenţa oxizilor de<br />
vanadiu sau chiar de fier care joacă rol de catalizator în special la temperaturi de peste 800°C.<br />
Evacuat în atmosferă bioxidul de sulf (SO2) reacţionează în proporţie de l÷2‰/h cu oxigenul, sub<br />
acţiunea radiaţiilor ultraviolete solare (ruv) formându-se anhidrida sulfuroasă (SO3).<br />
Anhidrida sulfuroasă reacţionează cu vaporii de apă <strong>din</strong> atmosferă formând acidul sulfuric .<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
40
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
În perioadele de ceaţă şi atunci când umiditatea atmosferică este mare se atinge un grad de<br />
transformare de peste 15%.<br />
Bioxidul de sulf este substanţă toxică caracterizat prin miros înţepător şi acţiune iritantă asupra<br />
mucoaselor, provocând spasm şi contracţia muşchilor căilor respiratorii, iar în concentraţii ridicate<br />
provoacă senzaţia de arsură asupra mucoaselor respiratorii şi conjunctivale, tuse, tulburări ale<br />
respiraţiei şi senzaţia de sufocare.<br />
Aceste emisii pot fi reduse în general prin:<br />
• epurarea combustibililor în faza de precombustie sau arderea unor combustibili nesulfuroşi;<br />
• măsuri secundare care constau în desulfurarea postcombustie a produselor arderii (fumului),<br />
prin diferite procedee tehnologice, înaintea evacuării gazelor arse în atmosferă.<br />
În vederea alegerii procedeului de desulfurare şi a proiectării unei instalaţii corespunzătoare<br />
trebuiesc cunoscuţi o serie de parametri cum ar fi:<br />
• Debitul gazelor arse;<br />
• Conţinutul de SO2 în gazele arse;<br />
• Concentraţia altor componente gazoase cum ar fi: oxigenul, clorul, fluorul şi vaporii de apă;<br />
• Conţinutul de praf <strong>din</strong> gazele arse. Conţinutul de praf influenţează umiditatea precum şi<br />
calitatea produselor finale rezultate <strong>din</strong> desulfurare, hotărând dacă aceste produse finale pot<br />
fi utilizate ca atare sau trebuie să fie şi ele neutralizate;<br />
• Calitatea apei avută la dispoziţie. Calitatea apei va influenţa calitatea produsului final;<br />
• Temperatura gazelor arse;<br />
• Punctul de rouă al gazelor arse. Temperatura punctului de rouă şi a punctului de rouă acid<br />
are un rol hotărâtor deoarece de ea depinde alegerea materialelor <strong>din</strong> instalaţie care sunt<br />
spălate de gazele arse;<br />
• Calitatea absorbantului avut la dispoziţie (puritatea absorbantului, granulaţia, reactivitatea<br />
şi puterea de dizolvare a acestuia);<br />
• Curba de sarcină a utilajului şi programul de funcţionare (porniri, opriri) fiind preferate<br />
utilajele cu funcţionare continuă;<br />
• Posibilitatea evacuării unor ape reziduale ce conţin săruri. Dacă aceste ape nu pot fi<br />
evacuate aşa cum rezultă după desulfurarea gazelor arse (deoarece conţin cloruri, fluoruri,<br />
metale grele sau au un pH necorespunzător), este necesară tratarea lor ceea ce măreşte<br />
costul operaţiei de desulfurare deoarece trebuie prevăzută şi o staţie de epurare;<br />
• Posibilităţi oferite de amplasamentul instalaţiei. Amplasamentul instalaţiei este important<br />
<strong>din</strong> punct de vedere a evacuării produselor finale şi auxiliare deoarece intervine costul<br />
transportului şi a comercializării sau a prelucrării ulterioare a acestora.<br />
În afară de aceste date mai trebuie analizate şi posibilităţile de amplasare în spaţiu a instalaţiilor de<br />
desulfurare, posibilităţile de racordare la canalele de evacuare a gazelor arse, posibilităţile de<br />
depozitare a materiilor prime şi a produselor rezultate în urma desulfurării, situaţiile de defecţiuni ce<br />
pot apărea în funcţionare precum şi necesitatea respectării normelor privind nivelul maxim admis al<br />
zgomotelor şi vibraţiilor.<br />
Oxizii de azot se formează în timpul arderii, formarea lor având loc în principal pe baza<br />
azotului <strong>din</strong> aer şi mai puţin pe baza azotului conţinut în combustibil.<br />
Acest mecanism, spre deosebire de cel al formării oxizilor de sulf, poate fi controlat şi diminuat<br />
prin măsuri primare adecvate procesului de ardere.<br />
Reducerea procentului oxizilor de azot evacuat în atmosferă cu gazele arse până la nivelul<br />
admis de legislaţia în vigoare se poate realiza prin două moduri:<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
41
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
• controlul mecanismului de formare a oxizilor de azot (în special NO) în focar prin măsuri<br />
primare;<br />
• curăţirea gazelor arse de oxizi de azot prin măsuri secundare.<br />
În condiţiile economice existente în România, se consideră că metodele primare (de prevenire sau<br />
reducere a procesului de formare a monoxidului de azot în focar) sunt mai economic de aplicat în<br />
actuala etapă.<br />
Principalii factori care influenţează mecanismele de formare a monoxidului de azot în focar<br />
sunt:<br />
• parametrii de ardere (temperatura, concentraţia oxigenului în zona de ardere şi timpul de<br />
staţionare);<br />
• proprietăţile combustibilului (puterea calorifică, conţinutul de azot <strong>din</strong> combustibil şi conţinutul<br />
de materii volatile).<br />
Un alt factor care influenţează formarea de NO termic este timpul de reacţie, reacţia decurgând<br />
în general lent. Dacă se reuşeşte scoaterea rapidă a reactanţilor <strong>din</strong> zona de reacţie, înainte de a se<br />
atinge echilibrul şi trecerea acestora într-o zonă cu temperatură mai scăzută, va rezulta mai puţin<br />
monoxid de azot termic, decât dacă acesta s-ar forma în mod obişnuit la temperatura de ardere.<br />
Faţă de cele prezentate mai sus se pot trage următoarele concluzii:<br />
• formarea monoxidului de azot termic va fi preponderent acolo unde temperatura de ardere este<br />
de peste 1300°C;<br />
• în focarele cu încărcare termică ridicată se va forma mai mult monoxid de azot termic, decât în<br />
cele cu încărcare termică scăzută datorită temperaturii de ardere ridicate;<br />
• dacă o flacără este răcită rapid, nu se atinge echilibrul pentru reacţia de formare a monoxidului<br />
de azot termic.<br />
Măsurarea noxelor se poate face continuu sau discontinuu în funcţie de scopul urmărit. În cazul<br />
măsurătorilor continue se urmăreşte evoluţia în timp a valorilor măsurate iar în cazul măsurătorilor<br />
discontinue se determină valorile medii pentru controlul efectuat.<br />
Se utilizează măsurătorile on-line când măsurarea se face direct la locul de prelevare a probei,<br />
respectiv of-line când proba prelevată este transportată pentru a fi măsurată într-un laborator<br />
specializat.<br />
În cazul măsurătorilor of-line există posibilitatea ca prin păstrarea probei prelevate un anumit<br />
interval de timp să se favorizeze formarea unei cantităţi suplimentare de noxă (de exemplu protoxid de<br />
azot - N2O), formată suplimentar, fiind mult mai mare de cât cea existentă în proba iniţială. Pentru<br />
astfel de noxe analiza trebuie făcută imediat chiar la locul prelevării probei<br />
Importanţa tehnicii de măsurare directe a probei proaspete, nealterate, se va evidenţia prin<br />
exemplificarea erorii de măsurare, înregistrată cu ocazia primelor măsurători ale concentraţiei gazului<br />
luat in studiu.<br />
Combustibilii utilizati in cercetarea experimentala sunt de tip gazos CH4 (pentru aprinderea,<br />
amorsarea arderii arzatorului) si solizi de tip cocs Asland pulverulent ce se injecteaza in arzator.<br />
Calculele aferente bilanţului material şi bilanţului energetic al instalaţiilor de ardere se<br />
raportează la mărimile de referinţă care sunt reprezentate de suprafaţa de referinţă (suprafaţa pereţilor<br />
utilajului de încălzire) şi temperatura de referinţă care este fixată la valoarea de 25°C.<br />
Emisiile de NO într-un precalciner de ciment se datorează în principal azotului <strong>din</strong> combustibil.<br />
Acest azot <strong>din</strong> solide va fi eliberat în timpul devolatilizării şi oxidarii reziduurilor de carbon sub formă<br />
de HCN, NH3, N2, NO, şi N2O. Distribuţia de azot între solide şi gaze în timpul devolatilizării şi<br />
diferite specii de azot generate, şi evolutia azotului rămas în solide sunt de obicei reprezentate într-o<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
42
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
formă arborescenta. Factorii care stabilesc distribuţia în fiecare ramură sunt dati pentru cărbune în<br />
literatura de specialitate.<br />
Specii de azot generate în timpul devolatilizării şi oxidari carbunelui vor reacţiona în faza de<br />
gaz care utilizează un număr mare de reacţii.<br />
NO este implicat în reacţii în faza eterogena cu carbon solid: el este redus pentru a forma N2,<br />
CO şi CO2. Aceasta este o reacţie importantă în mecanismele de distrugere a NO.<br />
O reacţie similară se produce cu N2O.<br />
Reducerea de NO pe carbune este stabilită în două regimuri, în funcţie de temperatura, cu<br />
energii de activare diferite;<br />
• Constantele cinetice de la reacţia de reducere a NO pe reziduu carbonic în literatura de<br />
specialitate sunt răspândite pe scară largă;<br />
• Creşterea "duritatii" de tratare termică a reziduurilor de carbon determină reacţia lentă de<br />
reducere a NO şi N2O pe reziduuri de carbon.<br />
Concentraţiile de poluanţi (SO2 şi NO) în timpul combustiei, variază de la unul cocs la altul în<br />
proporţii semnificative: de la 1728 la 4839 ppm SO2, şi 216 la 644ppm de NO (3% în daf O2). În<br />
prezent, în conformitate cu literatura de specialitate, caracteristicile combustibililor care provoacă<br />
astfel de diferenţe in emisiile nu sunt bine cunoscute.<br />
Un rezultat important al acestei cercetări este faptul că emisiile de NO nu au fost corelate cu<br />
rata azotului natural <strong>din</strong> combustibili. Emisiile de NO, cu toate acestea, sunt corelate cu viteza de<br />
ardere a cocsului în reactorul cu flux antrenat. Putem atribui creşterea emisiilor de NO cu cresterea<br />
temperaturii. Această abordare arată de asemenea că AGT poate fi estimat cu precizie scăzută la viteza<br />
de ardere in conditiile precalcinerului. Reiese corelaţia (r<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
43<br />
2 = 0,45) între vitezele de ardere în ambele<br />
dispozitive.<br />
Sulful este recunoscut în literatura de specialitate pentru implicarea în chimia NO, este iniţial<br />
în stare solidă sau gazoasă (SO2). Din cercetarile facute corelatia că emisiile de SO2 sunt proporţionale<br />
cu rata sulfului natural <strong>din</strong> combustibili. Prin intermediul emisiilor NO <strong>din</strong> cocs <strong>din</strong> petrol, aratăm că<br />
rata de sulf <strong>din</strong> solid are o influenţă redusă asupra emisiilor de NO la ieşirea <strong>din</strong> reactor. Cu toate<br />
acestea, o ten<strong>din</strong>ţă pare să indice că emisiile de NO sunt chiar mai mici decât rata de sulf care este<br />
mare. Experienţele specifice de dopaj in sulf în formă solidă şi forma de gaz nu au relevat reduceri<br />
semnificative ale emisiilor de NO. Câteva consideraţii ne-a condus să afirmam că interacţiunea <strong>din</strong>tre<br />
sulf şi NO are loc în strat de gaz <strong>din</strong> jurul fiecarei particule.<br />
Într-o a doua abordare, am dezvoltat un model termice şi chimice detaliat, care să permită<br />
simularea numerică de ardere efectuata în condiţiile reactorului cu flux antrenat. Acest model descrie<br />
toate reacţiile chimice, luând în considerare transferul de căldură şi speciile chimice.<br />
Din experimentele de piroliză a cocsului în RFE, am determinat parametrii cineticii de<br />
devolatilizare. Am identificat, de asemenea, soarta factorii de azot <strong>din</strong> combustibil în timpul<br />
devolatilizării, cu o marjă mică de eroare. Din experimentele de ardere a cocsului, am determinat<br />
factorii legati de oxidarea reziduurilor de carbon, caz în care, fiecare factor nu a putut fi determinat cu<br />
un gradul ridicat de incertitu<strong>din</strong>e.<br />
Odata ce toţi parametrii sunt determinati, am putut simula arderea cocsului Asland, prin<br />
implicarea tuturor fenomenelor. Analiza reacţiilor principale, "suport termic" de combustie, este<br />
următoarea. Se constată că temperatura creşte la 1060 °C în zona de flacără, apoi coboară la<br />
temperatura cuptorului. În zona de temperatură înaltă, devolatilizărea are loc, şi oxidarea reziduurilor<br />
de carbon începe. Cea <strong>din</strong> urmă se va intampla mai lent. În timpul acestei faze, concentraţia de oxigen<br />
de la suprafaţa particulei este foarte aproape de cea a mediului gazos. Am arătat că oxigenul patrunde<br />
bine în particule. Reacţia este limitată de cinetica chimica de oxidare a reziduurilor de carbon.
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Analiza care ne permite să modelam diversele contribuţii pentru formarea de 530ppm de NO<br />
de la sfârşitul combustie este după cum urmează.<br />
In faza de gaz, am identificat reacţii care contribuie la formarea de cantităţi importante de NO.<br />
Unele reacţii apar, şi altele dispar peste 10000ppm de NO: există un echilibru între contribuţiile mari.<br />
Aratăm că contributiile globale ale acestor reacţii sunt importantă în zona flacării, dar în cele <strong>din</strong> urmă<br />
devine secundar la sfarsitul arderii. Cantitatile de NO termic care se formează sunt neglijabile.<br />
Azotul <strong>din</strong> solide eliberat în timpul devolatilizării nu produce cantităţi detectabile de NO. NO<br />
generat de azot <strong>din</strong> solide este produs in cea mai mare parte prin reacţia de oxidare a reziduurilor de<br />
carbon. Cantitatea de emisie la sfârşitul combustiei este aproape de 600ppm.<br />
Reacţia de reducere a NO are o contribuţie importantă, deoarece le-a distrus mai mult de 100<br />
ppm de NO la sfârşitul de combustie.<br />
S-a aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO.<br />
Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 °C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste<br />
350ppm. Mai important, contribuţiile diferitelor mecanisme se schimba. La 900 °C, faza de gaz<br />
contribuie la producţia de NO în mod semnificativ în zona flacării, şi reduce cantitatea de NO la<br />
temperatură mai mică la 990 °C, acesta oferă cantităţi de NO de or<strong>din</strong>ul 600 ppm în zona flacării,<br />
apoi se echilibreaza pentru productie globala zero atunci când temperatura scade. În plus, reducerea de<br />
NO pe carbune devine foarte importanta prin reducerea mai mult de 550ppm de NO. Creşterea<br />
temperaturii <strong>din</strong> reactorul influenţă astfel emisiilor de NO prin favorizarera participării a fazei gazoase<br />
mai mult ca la reducerea NO pe reziduu de carbon.<br />
Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul acestui studiu arată o reproductibilitate<br />
de anumite comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de amestec a<br />
arzatorului, între 20 °C şi 50 °C şi a crescut consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin introducerea în<br />
cuptor de var calcinat, acesta compeseaza aceste pierderi.<br />
Fluxul de apă şi presiunea aerului injectat spray afectează atât nivelul de reducere a NOx, in<br />
timp ce creşterea în spray a presiunii aerului îmbunătăţeşte de reducere a NOx, fluxul de apă injectat<br />
are o eficienţă optimă la aproximativ 500 L / h - 750 l / h.<br />
Nivelul emisiilor de NO înainte de injectare de apa este de asemenea important: NO-1000ppm<br />
cu injecţie de 500L / h va reduce emisiile cu 100 ppm, în timp ce 800ppm la aceeaşi injecţie va reduce<br />
doar 20 ppm.<br />
7.2. Contribuţii personale<br />
Prin studiile şi cercetările efectuate s-a urmarit îmbunătăţirea unor parametri de funcţionare a<br />
cuptoarelor cu flacara <strong>din</strong> industria cimentului, care pot fi aplicate si cuptoarelor de topire si incalzire<br />
<strong>din</strong> industria metalurgica în vederea ecologizării lor.<br />
Studiile si cercetarile privind diminuarea noxelor prin imbunatatirea parametrilor de functionare<br />
sau concretizat in;<br />
CO poate fi oxidat in CO2 prin reacţie eterogene cu calcar, dar, de asemenea, în fază de gaz<br />
plecand de la radicali H şi OH. Acesti radicali sunt parţial consumati de sulful <strong>din</strong> solide, reacţia de<br />
oxidare a CO a CO2 fiind încetinită.<br />
Concentraţia de CO este mai mare în prezenţa de sulf. Această concentraţie mai mare de CO va<br />
spori reactia de reducere a NO cu carbon solid. Mai mult decât atât, această reacţie va produce CO,<br />
care ajuta de fapt reactiile prezente. Pe de altă parte, SO2 catalizeaza reacţia de reducerea a NO la<br />
N2O. Astfel, în prezenţa de sulf, concentraţia de NO este redusa.<br />
Principalele puncte în ceea ce priveşte formarea şi distrugerea de NO sunt:<br />
• Când creşte temperatura <strong>din</strong> reactor (până la aproximativ 1100K), conversia azotului <strong>din</strong><br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
44
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
combustibil in NO creşte, în timp ce N scade în N2O, <strong>din</strong>colo de aceasta temperatura, conversia N<br />
in NO scade ;<br />
• În cazul în care concentraţia de NO creşte, N2O este, de asemenea în creştere;<br />
• Rangul cărbune nu are nici o influenţă clară asupra emisiilor de oxizi de azot;<br />
• Minerale au efect catalizator asupra emisiilor de NO şi N2O;<br />
Efectul suprafeţei specifice, nu este clar: se pare că emisiile de NO sunt invers corelate cu<br />
suprafaţa carbunelui.<br />
În cazul proiectării unei instalaţii de ardere, calculul se efectuează conform ecuaţiei de bilanţ<br />
material, pe baza compoziţiei elementare, respectiv a compoziţiei volumice a combustibilului,<br />
aplicându-se ecuaţiile stoichiometrice de reacţie <strong>din</strong>tre componentele combustibile şi oxigenul <strong>din</strong> aerul<br />
atmosferic.<br />
La determinarea prin analiza gazelor arse a componentelor CO şi CH4 (în gazele arse) se va<br />
proceda la reglarea coeficientului de exces de aer până la valoarea optimă astfel încât să nu existe noxe<br />
în gazele arse evacuate la coş şi nici un volum de oxigen în fum mai mare de 2÷3%, care este<br />
considerat optim atât <strong>din</strong> punct de vedere a funcţionării utilajului cu un randament maxim cât şi <strong>din</strong><br />
punct de vedere a noxelor evacuate pe coş.<br />
S-a aratat că temperatura reactorului are un impact semnificativ asupra emisiilor de NO.<br />
Creşterea temperaturii cu 10% (adică 990 °C) duce la o creştere globală a emisiilor de NO de peste<br />
350ppm.<br />
Testarea de injectare de apa la duza de flacara în cadrul arată o reproductibilitate de anumite<br />
comportamente ale cuptorului. S-a observat mai întâi o răcire in zona de amestec a arzatorului, între 20<br />
°C şi 50 °C şi a crescut consumul de calorii cu 2% la 5%. Prin introducerea în cuptor de var calcinat,<br />
acesta compeseaza aceste pierderi.<br />
Se recomanda o rată fixă de injectare de apă de 500 l / h la 6 bar = Asocierea cu un minim de<br />
aproximativ 800ppm NO.<br />
În medie, se va obţine o reducere de NOx de 10%, cu o penalizare de consum şi a fluxului de<br />
căldură cuptor de 2%.<br />
Aplicarea măsurilor primare de denoxare, combinate cu injecţie de uree, au condus la o valoare<br />
a oxizilor de azot în gazele arse de sub 200mg/m 3 N, încadrându-se în prevederile legale în vigoare.<br />
S-a proiectat instalatia de injectare a ureei in spatiul de lucru pentru cuptorul cu flacara de la<br />
Lafarge Hoghiz Romania - Sistem de reducere noncatalitica selectiva , a oxizilor de azot .<br />
In vederea montarii echipamentelor de monitorizare am proiectat si s-au executat urmatoarele<br />
constructii metalice :<br />
- structura metalica de inaltare cu platfoma in partea superioara cu platforma in partea<br />
superioara ( diomensiuni minime platforma 4x4 m ) pentru amplasare cabina<br />
izoterma ( cota platforma + 10 m fata de cota de referinta greutate estimate cabina<br />
1500 kg, dimeniuni cabina l x L x H : 2x2,5x2,3 m ) Cota de referinta este nivelul de<br />
referinta acoperisului existent ( aproximatic + 38 m fata de sol );<br />
Pentru amplasarea echipamentelor de pe cos au fost proiectate si realizate urmatoarele :<br />
- La nivelul primei platforme, la cota +12,8 m fata de cota referinta :<br />
flansa pentru traductor temperatira, flansa pentru traductor presiune, flansa pentru<br />
emitor, flansa pentru receptor, suport pentru sursa alimentare emitor , flansa<br />
pentru sonda oxigen si flansa pentru analizor de hidrocarburi totale<br />
- La nivelul celei de-a doua platforme ( existente ) la cota + 22,5 m fata de cota de<br />
referinta :<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
45
vechi.<br />
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
doua flanse pentru debitmetru DFL 100 ( Ø = 130 mm ) , traductor presiune<br />
absoluta fixat in capatul sondei debitmetrului, rezervor tampon pentru purjare<br />
sonda debitmetru ;<br />
7.3 Direcţii de cercetare<br />
Problema ecologizării cuptoarelor cu flacara rămâne o problemă deschisă, mai ales pentru cele<br />
În domeniului metalurgiei direcţiile de cercetare cuprind toată problematica de mediu specifică<br />
acestui sector:<br />
• Sectorul metalurgiei feroase, furnale de tratare cu reincălzire şi încălzire,<br />
• Sectorul metalurgiei neferoase<br />
Cele mai importante probleme de mediu întâlnite în producţia celor mai multe metale neferoase<br />
obţinute <strong>din</strong> materiile prime le constituie concentraţiile de emisii în aer şi praf şi ai compuşilor metalici<br />
şi ai dioxidului de sulf, rezultaţi în urma activităţilor de topire - turnare sau folosirii combustibililor pe<br />
bază de sulf sau altor materiale.<br />
Lucrari publicate:<br />
1. Bancila, C, Dragomir, A, Popescu, R., M., Candea, N., V., Ploscariu, C., Proposed<br />
technological measures to decrease progressive emissions of sulphur dioxide, nitrogen oxide<br />
and dust from CET Brasov over Brasov atmosphere, International Conference on Materials,<br />
Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania<br />
2. Bancila, C, Popescu, R., M., Candea, V., N., Moraru, C., G., Research on impoving the<br />
functional parameters of the thermal heating equipment in the metallurgical industry, 7<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
46<br />
th<br />
International Conference on Materials Science and Engineering, BRAMAT 2011, 24-26<br />
februarie, Brasov, Romania<br />
3. Bancila, C., Machedon, P., T., Research regar<strong>din</strong>g the influence of the quantity of urea inside<br />
the flame oven in order to reduce emissions, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579<br />
4. Bancila, C., Machedon, P., T., Emissions analysis for cement flame kilns, Metalurgia Nr. 1.<br />
2012, ISSN 0461-9579<br />
5. Bancila, C., Machedon, P., T., Installation for emissions reduction, Metalurgia Nr. 1. 2012,<br />
ISSN 0461-9579<br />
6. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., Environmental<br />
impact of using fly ash, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009, Tomul LV (LIX), Fasc.<br />
3, ISSN 1453-1690, pg. 233-239<br />
7. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., The use of fly ash<br />
for road construction and similar projects, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009, Tomul<br />
LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 239-245<br />
8. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I,Carstea, M., P., Bancila C, Equipment to<br />
capturing fly ash particles in electrofilters area from CET Brasov, Revista Metalurgia<br />
International nr.2, 2009, ISSN 1582-2214, pg. 203-207<br />
9. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Bancila, C., Carstea, M., P., Research on determi ning the<br />
hydraulic activity of ashes from thermoelectric power station, Bulgarian<br />
10. Ploscariu, C., Popescu, R.,M., Marmandiu A., M., Carstea, M., P., Bancila C., Reliability and<br />
wearing resistance of breaker jaws , International Conference on Materials, Science and<br />
Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
11. Ploscariu, C., Bancila C., Dragomir, A., Popescu, R.,M, Stresses within welded frames from<br />
main structure of omanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009, Tomul<br />
LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.289-293<br />
12. Ploscariu, C., Bancila, C., A.Dragomir, R.M. Popescu, Section and welded joint checking from<br />
main structure of romanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009, Tomul<br />
LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.293-297<br />
Bibliografie selectiva<br />
1. Aarna, I., Suuberg, E., A review of the kinetics of the nitric oxide-carbon reaction, FUEL,<br />
Vol 76, N°6,<br />
2. Arrenillas, A., Rubiera, F., Pis, J.J., The effect of the textural properties of bituminous coal<br />
chars on NO emissions, Fuel, Vol 78, PP 1779/1785, 1999<br />
3. Arthur, J.R., Reactions between carbon and oxygen, Trans. Faraday Soc., Vol 47,<br />
PP164/178, 1951<br />
4. Ashman, P.J., Haynes, B.S., Nicholls, P.M., Nelson, P.F., Interactions of gaseous NO with<br />
char during the low temperature oxidation of coal chars, 28th Symposium International on<br />
Combustion, The Combustion Institute, PP2171/2179, 2000,<br />
5. Baxter, L.L., Mitchell, R.E., Fletcher, T.H., Hurt, R.H., Nitrogen release during coal<br />
combustion, Energy & Fuels, Vol 10, PP188/196, 1996<br />
6. Bicocchi, S., Les polluants et les techniques d’épuration des fumées, Association<br />
RE.CO.R.D, Lavoisier Tec & Doc, 1998<br />
7. Blair, D.W., Wendt, J.O.L., Bartok, W., Evolution of nitrogen and other species during<br />
controlled pyrolysis of coal, 16th International Symposium on Combustion, The Combustion<br />
Institute, PP475/489, 1977<br />
8. Bancila, C, Dragomir, A, Popescu, R., M., Candea, N., V., Ploscariu, C., Proposed<br />
technological measures to decrease progressive emissions of sulphur dioxide, nitrogen oxide<br />
and dust from CET Brasov over Brasov atmosphere, International Conference on Materials,<br />
Science and Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania<br />
9. Bancila, C, Popescu, R., M., Candea, V., N., Moraru, C., G., Research on impoving the<br />
functional parameters of the thermal heating equipment in the metallurgical industry, 7 th<br />
International Conference on Materials Science and Engineering, BRAMAT 2011, 24-26<br />
februarie, Brasov, Romania<br />
10. Bancila, C., Machedon, P., T., Research regar<strong>din</strong>g the influence of the quantity of urea<br />
inside the flame oven in order to reduce emissions, Metalurgia Nr. 1. 2012, ISSN 0461-9579<br />
11. Bancila, C., Machedon, P., T., Emissions analysis for cement flame kilns, Metalurgia Nr. 1.<br />
2012, ISSN 0461-9579<br />
12. Bancila, C., Machedon, P., T., Installation for emissions reduction, Metalurgia Nr. 1. 2012,<br />
ISSN 0461-9579<br />
13. Catana, D., Dinescu, I., Eftimie, L., Tehnologia materialelor, Tehnologii Industriale, Ed.<br />
Universitatii Transilvania Brasov, 1999, vol. III, ISBN 973-94-74-38-1<br />
14. Chambrion, P., Kyotani, T., Tomita, A., C-NO reaction in the presence of O2, 27th<br />
International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PP3053/3059, 1998<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
47
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
15. Commandré, J-M., Salvador, S., Charnay, G., Formation et réduction des NOx lors de la<br />
combustion de cokes hautement soufrés, SFGP - 8° Congrès Francophone de Génie des<br />
Procédés - Pour la Performance et la Connaissance, Nancy, France, 17-19 octobre 2001<br />
16. Dima, A., Agregate şi Instalaţii Termice-Metalurgice, vol I, II, Institutul Politehnic Iaşi, Ed.<br />
Sedcom Libris, Iasi, 1997, ISBN 973-97241-9-1<br />
17. Guo, F., Hecker, W., Kinetics of NO reduction by char : Effects of coal rank, 27th<br />
International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, PP3085/3092, 1998<br />
18. Hakkarainen, T., Mikkola, E., Laperre, J., et al., Smoke gas analysis by Fourier transform<br />
infrared spectroscopy – Summary of the SAFIR project results, Fire and Materials, N°24,<br />
PP101-112, 2000<br />
19. Ionel, I., Genesis of the nitrous oxide formation during the SNCR of the flue<br />
jas, by using ammonia as reducing agent, Energetica, seria A, nr.5, 1994,<br />
p.229÷234<br />
20. Ianculescu, S., Adler, S., Principii de mediu <strong>din</strong> România, Energetica, seria A, nr.5, 1994,<br />
p.216÷228.<br />
21. Jabouille, F., Contribution à l’étude des facteurs d’émissions des oxydes d’azote lors de<br />
l’incinération de déchets ménagers, Thèse de doctorat, Université de Poitiers, 19 Janvier<br />
1996<br />
22. Jensen, L.S., Jannerup, H.E., Glarborg, P., Jensen, A., Dam-Johansen, K., Experimental<br />
investigation of NO from pulverised char combustion, 28th Symposium International on<br />
Combustion, The Combustion Institute, PP2271/2278, 2000<br />
23. Johnsson, J.E., Formation and reduction of nitrogen oxides in fluidized-bed combustion,<br />
Fuel, Vol 73, N°9, PP1398/1415, 1994<br />
24. Kudryavtsev, N.Y., Klimenko, V.V., Prokhorov, V.B., Snytin, S.Y., Prospects for reducing<br />
sulfur oxide emissions from fossil fuel combustion, Thermal Engineering, Vol 42, 95-101,<br />
1995<br />
25. Laurendeau, N.M., Heterogeneous kinetics of coal char gasification and combustion, Prog.<br />
Energy Combust. Sci., Vol 4, PP221/270, 1978<br />
26. Lazaro, M.J., Ibarra, J.V., Moliner, R., Gonzalez de Andres, A., Thomas, K.M., The release<br />
of nitrogen during the combustion of coal chars : the role of volatile matter and surface area,<br />
Fuel, Vol 75, N°8, PP1014/1024, 1996<br />
27. Lazaroiu, Gh., Solutii moderne de depoluare a aerului, Ed. Agir, Bucuresti, 2006, ISBN 973-<br />
720-053-5<br />
28. Lea.P., Oxydes of Nitrogen and ozone : can our plants survive, New Phytol., Vol 139,<br />
PP25/26, 1998<br />
29. Levine, J.S., The global atmospheric budget of Nitrous Oxides and supplement : global<br />
change: atmospheric and climatic, 5th International Workshop on Nitrous Oxide emissions<br />
NIRE/IFP/EPA/SCEJ, Tsukuba, Japan, 1992.<br />
30. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., Environmental<br />
impact of using fly ash, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009, Tomul LV (LIX),<br />
Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 233-239<br />
31. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I, Dragomir, A., Bancila C., The use of fly<br />
ash for road construction and similar projects, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi,<br />
2009, Tomul LV (LIX), Fasc. 3, ISSN 1453-1690, pg. 239-245<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
48
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
32. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Nicolae, I,Carstea, M., P., Bancila C, Equipment to<br />
capturing fly ash particles in electrofilters area from CET Brasov, Revista Metalurgia<br />
International nr.2, 2009, ISSN 1582-2214, pg. 203-207<br />
33. Marmandiu A., M., Popescu, R., M., Bancila, C., Carstea, M., P., Research on determi ning<br />
the hydraulic activity of ashes from thermoelectric power station, Bulgarian Journal for<br />
Engineering Design, nr.4, 2010, ISSN 1313-7530, pg. 112-116<br />
34. Nicolae, M., s.a., Operationalizarea unui ecobilant in industria materialelor feroase, Ed,<br />
Printech, 2008, ISBN 978-606-521-042-4<br />
35. Ploscariu, C., Popescu, R.,M., Marmandiu A., M., Carstea, M., P., Bancila C., Reliability<br />
and wearing resistance of breaker jaws , International Conference on Materials, Science and<br />
Engineering, BRAMAT 2009, 26-28 februarie, Brasov, Romania<br />
36. Ploscariu, C., Bancila C., Dragomir, A., Popescu, R.,M, Stresses within welded frames from<br />
main structure of omanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009,<br />
Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.289-293<br />
37. Ploscariu, C., Bancila, C., A.Dragomir, R.M. Popescu, Section and welded joint checking<br />
from main structure of romanian helicopters, Buletinul Institutului Politehnic <strong>din</strong> Iasi, 2009,<br />
Tomul LV (LIX), Fasc. 4, ISSN 1453-1690, pg.293-297<br />
38. Senchetru, D., Contributii la sudarea in spatii inchise, limitate, cu impact asupra sanatatii,<br />
securitatii si a mediului de munca a lucratorului, Teza de doctorat, Brasov, 2008,<br />
cond.stiintific prof.univ.dr.ing. Popescu R. M., pg. 86-99<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
49
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
REZUMAT<br />
Societatea contemporană este caracterizată de creşterea economică bazată în cea<br />
mai mare parte pe resurse energetice neregenerabile şi pe relaţii care au ca scop profitul<br />
imediat. Din activităţile industriale rezultă reziduuri care se acumulează în cantităţi mari,<br />
astfel încât acestea nu se mai integrează în natură şi provoacă alterarea factorilor de<br />
mediu.<br />
Cuptoarele de topire reprezintă sursa celor mai multe emisii de CO2 şi NOx.<br />
Teza urmăreşte diminuarea şi înlăturarea noxelor produse prin arderea<br />
cumbustibililor la cuptoarele industriale cu flacără, utilizând diferite substanţe chimice<br />
în focare prin utilizarea unor arzătoare şi injectoare specializate.<br />
Cercetarea întreprinsă a rezolvat problemele propuse cu valorificarea la maxim a<br />
ansamblului de date experimentale şi reducerea la minim a erorilor de măsurare.<br />
ABSTRACT<br />
Contemporary society is characterized by economic growth based mostly on nonrenewable<br />
energy resources and relationships aimed at immediate profit.<br />
Residues resulting from industrial activities that accumulate in large quantities so<br />
that they no longer fit into nature and causes environmental alteration.<br />
Melting furnaces is the source of most emissions of CO2 and NOx.<br />
The thesis aims at reducing and removing pollutants produced by produced by<br />
fuel combustion in industrial furnaces with flame using different chemicals in outbreaks<br />
by using specialized burners and injectors.<br />
The conducted research solved the proposed problems by full recovering of<br />
experimental data and minimizing measurement errors.<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
50
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Curriculum vitae<br />
Europass<br />
Informaţii personale<br />
Nume / Prenume<br />
Adresă(e) Str. Lamiitei nr. 115,Brasov,Romania<br />
Telefon(oane) Mobil: (+40) 0747121313<br />
E-mail(uri) Bancila2008@yahoo.com<br />
Naţionalitate(-tăţi) Romana<br />
Data naşterii 25.06.1974<br />
Sex Masculin<br />
Locul de muncă vizat APM Brasov, Director executiv<br />
Experienţa profesională<br />
Perioada 2000- 2001<br />
Funcţia sau postul ocupat Inginer tehnolog<br />
Numele şi adresa angajatorului SC SA Rulmentu Brasov<br />
Tipul activităţii sau sectorul de activitate Industriale<br />
Perioada 2001 - 2009<br />
Funcţia sau postul ocupat Inspector ecolog, auditor de mediu, consilier principal, functionar public<br />
Numele şi adresa angajatorului APM Brasov<br />
Perioada 2009 - prezent<br />
Funcţia sau postul ocupat Director executiv<br />
Numele şi adresa angajatorului APM Brasov<br />
Educaţie şi formare<br />
Perioada 1995 - 2000<br />
Calificarea / diploma obţinută Inginer,<br />
Numele şi tipul instituţiei de învăţământ<br />
/ furnizorului de formare<br />
Perioada 2005 -2007<br />
Calificarea / diploma obţinută Masterand,<br />
Numele şi tipul instituţiei de învăţământ<br />
/ furnizorului de formare<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
Facultatea SIM, Turnarea metalelor, Universitatea Transilvania Brasov <strong>din</strong> Brasov<br />
Universitatea Transilvania Brasov <strong>din</strong> Brasov, Fac. SIM, Ingineria sudarii<br />
Perioada 2006 – 2007, Curs de Sisteme de management al calitatii si mediului<br />
2007 – 2008 , Curs de perfectionare si instruire in domeniul apei si tehnologii de reciclare<br />
avansata.<br />
2007 – 2011 Doctorand, Universitatea Transilvania Brasov <strong>din</strong> Brasov, Fac. SIM, Ingineria<br />
materialelori<br />
Competenţe şi aptitu<strong>din</strong>i tehnice Expert in implementarea si aplicarea a acquis-ul de mediu accentuat pe<br />
protectia naturii<br />
51
STUDII SI CERCETARI PRIVIND DIMINUAREA NOXELOR GENERATE DE CUPTOARELE<br />
INDUSTRIALE CU FLACARA<br />
Curriculum vitae<br />
Europass<br />
Personal information<br />
Name/surname<br />
Adres Str. Lamiitei nr. 115,Brasov,Romania<br />
Telephon Mobil: (+40) 0747121313<br />
E-mail Bancila2008@yahoo.com<br />
Nationality Romana<br />
Birth date 25.06.1974<br />
Sex Masculin<br />
Desired employer APM Brasov, Executiv director<br />
Work experience<br />
Dates 2000- 2001<br />
Position held engineer<br />
Name of employer SC SA Rulmentu Brasov<br />
Type of activities industries<br />
Dates 2001 - 2009<br />
Position held inspector<br />
Name of employer APM Brasov<br />
Dates 2009 - prezent<br />
Position held Executiv director<br />
Name of employer APM Brasov<br />
Educaţie şi formare<br />
Dates 1995 - 2000<br />
Calification Engineer<br />
Name of institution SIM Faculty, Casting of metals, Universitatea Transilvania Brasov <strong>din</strong> Brasov<br />
Dates 2005 -2007<br />
Calification Master,<br />
Name of institution Universitatea Transilvania Brasov <strong>din</strong> Brasov, SIM faculty, Wel<strong>din</strong>g engineeri<br />
dates 2006 – 2007, Implementation of quality management<br />
2007 – 2008 , Curs Training in water and advanced treatment technologies for the recycling.<br />
2007 – 2011 Phd student at SIM Faculty<br />
Competences Research on coal grin<strong>din</strong>g mils to nincrease realinility of power plants nand<br />
for environmental pollution<br />
Ing. Ciprian Marius BANCILA – Rezumat teză de doctorat<br />
52