Vodní a tepelné elektrárny - Odsíření tepelných elektráren, denitrifikace spalin

Technologie pro snižování emisí SO₂ a NO_x

Jaderná elektrárna s SO₂ a NO_x problémy nemá. Zato musí řešit otázku ukládání jaderného odpadu, bezpečnost reaktoru a další související otázky. V případě tepelné elektrárny spalující uhlí existuje v podstatě několik základních směrů vedoucích ke snížení emisí SO₂ a NO_x: snížení obsahu síry v uhlí, odsiřování spalin, denitrifikace spalin a nové technologie.

Snížení obsahu síry v uhlí

Obsah síry v uhlí kolísá podle druhu i místa původu a pohybuje se v rozmezí 0,5 % až 10 % hmotnosti. V černém uhlí je obsah síry nižší než v hnědém, obvykle kolem 1 %. České hnědé uhlí mají asi 1 až 3 % síry. Síra se vyskytuje v uhlí v pyritické formě (FeS₂), v různých organických sloučeninách, ve formě síranů a může být i v čisté formě. Předpokládá se, že veškerá síra v palivu přechází při spalování ve velkých topeništích do spalin ve formě SO₂ a malá část, u hnědého uhlí asi 5 %, přechází do popela. K minimalizaci množství SO₂ vzniklého spálením uhlí lze použít některou z metod snižujících obsah síry v uhlí současně se zvyšováním jeho výhřevnosti a odstraněním nehořlavých látek.

Fyzikální separace

Organická síra je součástí uhelné hmoty a činí 30 až 70 % veškeré síry ve většině druhů uhlí. Pyritická síra je minerál v různých, nezřídka mikroskopických velikostech s měrnou hmotností asi 5, zatímco maximální měrná hmotnost uhlí je asi 1,8. Právě tohoto rozdílu měrných hmotností se využívá při snižování obsahu pyritu v uhlí tzv. fyzikální separací. Ta se provádí například tak, že se uhlí rozemele a vypere. Proudem kapaliny jsou unášeny pouze ty částice uhlí, které prakticky neobsahují zrnka pyritu, zatímco těžší zrnka pyritu a další minerální látky se usazují. Tímto způsobem lze snížit obsah pyritu v uhlí o 30 až 60 %, ale za cenu vysokých energetických ztrát.

Chemické postupy

Další cestou ke snížení obsahu síry v uhlí je využití chemických postupů. Existuje jich mnoho, ale jsou komplikované a drahé.

Tlakové zplyňování

Snaha o získání čistého paliva z uhlí vedla ke vzniku metody tlakového zplyňování. Jedná se v principu o oxidačně redukční proces, při kterém se pro zplyňování uhlí používá vodní pára. Konečným produktem je plyn složený hlavně z vodíku, oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého, který je dále používán pro spalování především v průmyslu. Současné technologické postupy zplyňování uhlí dosahují účinnosti asi 60 až 70 %. Na jejich vývoji se dále pracuje a větší rozšíření lze snad očekávat v budoucnu.

Odsiřován kouřových spalin

Odsiřování spalin znamená snižování obsahu SO₂ ve spalinách před jejich vstupem do ovzduší. Za tím účelem se mezi kotel a komín vestavují technologická zařízení, většinu odsiřovacích procesů však lze zařadit až na konec spalovacího cyklu, tj. za kotel, a tím prakticky nezasahovat do výroby elektřiny a tepla.

Odsiřovací metody podle způsobů zachycování SO₂

regenerační - aktivní látka se po reakci s oxidem siřičitým regeneruje a vrací zpět do procesu, oxid siřičitý se dále zpracovává
neregenerační - aktivní látka reaguje s SO₂ na dále využitelný nebo nevyužitelný produkt a zpět do procesu se nevrací
mokré - SO₂ se zachycuje v kapalině nebo vodní suspenzi aktivní látky
polosuché - aktivní látka je ve formě vodní suspenze vstřikována do proudu horkých spalin, kapalina se poté odpaří a produkt reakce se zachycuje v tuhém stavu
suché - SO₂ reaguje s aktivní látkou v tuhém stavu

České elektrárny používají jako metodu pro odsíření spalin převážně mokrou vápencovou vypírku. V absorbéru (nádobě o průměru 15 m a výšce 40 m) procházejí kouřové plyny několikastupňovou sprchou, která rozstřikuje vápencovou suspenzi, tj. rozemletý vápenec ve vodě. Oxid siřičitý reaguje a vzniká hydrogensiřičitan vápenatý, který dále oxiduje na dihydrát síranu vápenatého. Vzniklý produkt - tzv. energosádrovec - lze výhodně využít pro výrobu sádry, stavebních dílů, cementu a stabilizátu.

Denitrifikace spalin

Denitrifikace spalin je považována za technicky obtížnější, než odsíření. Kouřové plyny obsahují různé oxidy dusíku, přibližně 95 % je oxidu dusnatého NO, asi 5 % oxidu dusičitého NO₂, při teplotách pod 900 °C vzniká i oxid dusný N₂O. Organický dusík je obsažen v palivu i ve vzduchu při spalování. Kolik se ho oxidací atmosférického dusíku dostane do spalin závisí na teplotě a na obsahu kyslíku v zóně hoření.

Metody snížení NO_x jsou dvojí: primární, kdy se snažíme zabránit jejich vzniku řízením průběhu spalování a konstrukcí kotlů (lze snížit emise NO_x o 40-60 % při relativně nízkých nákladech) a sekundární, kdy se likvidují již vzniklé oxidy dusíku. Používají se přitom selektivní katalytické a nekatalytické redukce.

Selektivní katalytická redukce probíhá ve speciálním reaktoru. Katalyzátorem jsou oxidy vanadu, molybdenu nebo wolframu na nosiči z oxidu titaničitého. Do spalin se vstřikuje amoniak a směs se vede přes katalyzátory, kde vzniká elementární dusík a voda. Tato metoda je dražší, ale obsah NO_x ve spalinách lze snížit o 80-90 %.

Moderní způsoby spalování

Existují i moderní způsoby spalování, při nichž se škodliviny z kouřových plynů odstraňují přímo při spalování, popř. vůbec nevznikají. Příkladem je fluidní spalování, při jehož použití, ve srovnání klasickým spalováním, obsahují vzniklé kouřové plyny pouze 3 % síry a 25 % oxidů dusíku.

České uhelné elektrárny

V rámci programu ekologizace uhelných elektráren provozovaných ČEZ, a. s, bylo instalováno 28 odsiřovacích jednotek a 7 fluidních kotlů, došlo k rekonstrukci odlučovačů popílku a k modernizaci řídicích systémů elektráren.

Celkově bylo odsířeno 6 462 MW instalovaného výkonu. Z této hodnoty připadá 5 930 MW na odsíření pomocí tzv. vypírky kouřových plynů (5 710 MW mokrá vápencová vypírka, 220 MW polosuchá vápenná metoda), 497 MW je odsířeno pomocí náhrady starých kotlů moderními s fluidním spalováním, u 35 MW byla provedena změna paliva. Zároveň s postupem prací na vyčištění modernějších uhelných zdrojů se rozeběhl i útlumový program nejstarších zařízení.

V současné době jsou české uhelné elektrárny plně srovnatelné s obdobnými zdroji kdekoliv v Evropě.

nahoru