Coal combustion in an oxygen-enriched atmosphere vs pollutants

Abstract

Obecnie zdecydowana większość państw opiera swój przemysł energetyczny na źródłach nieodnawialnych. Jednak energetycznemu wykorzystaniu zasobów naturalnych towarzyszy emisja szkodliwych produktów spalania. Rosnąca świadomość negatywnego oddziaływania zanieczyszczeń na środowisko, a przede wszystkim na organizm ludzki doprowadziła do wzrastającej aktywności badań w obszarze technologii spalania, które w znacznym stopniu pozwolą na ograniczenie tworzących się zanieczyszczeń. W niniejszym artykule przedstawiono analizę procesu spalania węgla kamiennego w powietrzu wzbogaconym tlenem w eksperymentalnej komorze fluidalnej. Mając na uwadze wymagania dotyczące ochrony środowiska w kwestii ograniczenia emisji zanieczyszczeń szczególną uwagę zwrócono na problematykę formowania szkodliwych produktów spalania węgla. W celu oszacowania składu chemicznego spalin wykorzystano numeryczne modelowanie. Obliczenia wykonano w najnowszej wersji programu CHEMKIN dla reaktora idealnego wymieszania (PSR), opierając je na zmodyfikowanym mechanizmie GRI- Mech 3.0 obejmującym 152 reakcje chemiczne oraz 46 pierwiastków i związków chemicznych. Przeprowadzone obliczenia pozwoliły na ocenę wpływu składu atmosfery gazowej na stężenie: dwutlenku węgla, tlenków siarki, tlenków azotu i tlenku węgla, a także umożliwiły głębsze poznanie mechanizmów tworzenia się poszczególnych zanieczyszczeń. Otrzymane wyniki badań modelowych przedstawiono graficznie oraz dokonano ich analizy. Zaprezentowane wyniki badań dowodzą, że spalanie węgla kamiennego w powietrzu wzbogaconym tlenem prowadzi do wzrostu stężenia CO2 w spalinach, co pozwala na jego ograniczenie w drodze sekwestracji.Presently, the energy industries of the vast majority of countries are based on non- renewable sources. However, the use of natural resources in energy production is connected with the emission of harmful combustion byproducts. Growing awareness of the negative impact of pollution on the environment and above all human health, has led to increasing research in the field of combustion technology, which will allow a significantly reduction in farmed pollutants. This article presents an analysis of the process of oxygen-enriched hard coal combustion in a fluidized bed. Bearing in mind the environmental protection requirements concerning the reduction in the emissions of pollutants, this analysis paid particular attention to the problems of the formation of harmful coal combustion byproducts. In order to estimate the chemical content of fumes, numerical modeling was applied. Calculations were conducted using the latest version of the CHEMKIN program for the Perfectly Stirred Reactor (PSR), based on a modified GRI-Mech 3.0 mechanism including 152 chemical reactions and 46 elements and chemical compounds. The conducted calculations allowed this study to assess the impact of the gas atmosphere’s content on the concentration of carbon dioxide, sulfur oxides, nitric oxides and carbon monoxide, while also allowing for a better understanding of the mechanisms forming respective pollutants. The results obtained in the model tests were represented graphically and analyzed. The research results prove that the coal combustion in oxygen-enriched atmosphere leads to CO2 concentration in flue gas increase, what allows to its reduction by the sequestration