Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC) Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách pro VELKÁ SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ
Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC)
Referenční dokument
o nejlepších dostupných technikách pro
VELKÁ SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ
i
SHRNUTÍ
Tento zpracovaný souhrn popisuje podstatné výsledky průzkumu, hlavní závěry o BAT a k
nim se vztahujícím úrovním emisí. Můţe se interpretovat a chápat jako samostatný dokument,
ale jako takový nepředstavuje veškerou sloţitost úplného textu BREF (např. veškeré
podrobnosti z jednotlivých úseků BAT). Proto není účelem povaţovat ho za náhradu úplného
textu BREF, jakoţto nástroje pro rozhodování při výběru BAT a velice se doporučuje, aby se
tento souhrn přečetl společně s předmluvou a standardním úvodem do částí kapitol o BAT.
Na tomto materiálu určeném pro výměnu informací se spolupodílelo více neţ 60 expertů
z členských států z oblasti průmyslu a nevládních organizací pro ochranu ţivotního prostředí.
Rozsah
Tento BREF se obecně týká spalovacích zařízení se jmenovitým tepelným příkonem
převyšujícím 50 MW. Patří sem průmysl výroby elektřiny a ty obory průmyslu, kde se
pouţívají „konvenční“ paliva (komerčně dostupná a specifická) a kde spalovací jednotky
nespadají pod jiný obor BREF. Za konvenční paliva se povaţují černá a hnědá uhlí, biomasa,
rašelina, kapalná a plynná paliva (včetně vodíku a bioplynu). Nepatří sem spalování odpadu,
ale začleňuje se spoluspalování odpadu a druhotného paliva ve velkých spalovacích
zařízeních. BREF pojednává nejen o spalovací jednotce, ale také o činnostech, které spalování
předcházejí nebo po něm následují, jsou-li v přímém spojení se spalovacím procesem. Do
tohoto BREF se nezařadila taková spalovací zařízení, která vyuţívají jako paliva nebo paliv
odpadních zůstatků z procesu nebo vedlejších produktů, které nelze prodat na trhu jako
specifikovaná paliva a stejně tak ani spalovací procesy, které jsou nedílnou součástí
specifického procesu výroby.
Předkládané informace
K vypracování konceptu dokumentu se pouţilo velké mnoţství dokumentů, zpráv a informací
z členských států, z průmyslu, od provozovatelů a kompetentních orgánů, stejně jako od
dodavatelů přístrojového vybavení a od nevládních organizací na ochranu ţivotního prostředí.
Informace se dále získávaly během návštěv působišť v různých evropských členských státech
a při rozhovorech se zaměstnanci o výběru technologie a o zkušenostech s uplatněním
technologií ke sniţování znečištění.
Struktura dokumentu
Výroba elektřiny a/nebo výroba tepla jsou v Evropě rozdílná odvětví. Výroba elektrické a
tepelné energie se zakládá na paletě paliv, která se mohou třídit obecně podle jejich
skupenství na pevná (tuhá), kapalná nebo plynná. Tento dokument byl proto sestaven
vertikálně palivo po palivu, ale za pouţití společných hledisek a technik, které jsou popsány
najednou ve třech úvodních kapitolách.
Evropský energetický průmysl
V Evropské unii se všechny typy zdrojů energie, které jsou k dispozici, vyuţívají k výrobě
elektřiny a tepla. Přírodní zdroje v místě a ve státě, jako je dostupnost černého a hnědého uhlí,
biomasy, rašeliny, ropy a zemního plynu ovlivňují v kaţdém členském státě EU značně výběr
paliva, kterého se pro výrobu elektřiny a tepla pouţívá.
ii
Od roku 1990 se zvýšilo mnoţství elektrické energie vyrobené z fosilních energetických
zdrojů paliv asi o 16 % a poptávka vzrostla asi o 14 %. Mnoţství elektrické energie vyrobené
z obnovitelných zdrojů ( včetně hydroelektráren a biomasy) vykazuje nadprůměrné zvýšení
přibliţně o 20 %.
Spalovací zařízení se provozují podle poptávky a potřeby energie a to buď jako velká
uţitková zařízení nebo jako průmyslová spalovací zařízení poskytující energii (např. ve formě
elektřiny, mechanické energie), páru nebo teplo k procesům průmyslové výroby.
Pouţité technologie
Výroba elektrické energie vyuţívá obecně rozličné technologie spalování. Při spalování
tuhých paliv se za BAT pro nová i stávající zařízení povaţuje spalování práškovitých
materiálů, fluidní spalování, stejně jako spalování na roštu. U kapalných a plynných paliv jsou
nejlepšími dostupnými technikami kotle, motory a plynové (spalovací) turbiny.
Výběr systému, kterého se u zařízení pouţije se zakládá na ekonomických, technických
místních a ţivotní prostředí zohledňujících podmínkách, stejně jako na dostupnosti paliv,
poţadavcích provozu, okolnostech trhu a potřebách sítě. Elektřina se vyrábí hlavně produkcí
páry v kotlích vytápěných vytříděným palivem a páry se pouţívá jako energie pro turbinu,
která pohání generátor na výrobu elektřiny. Vlastní účinnost parního cyklu je omezena
nutností kondenzace páry za turbinou.
Některá kapalná i plynná paliva se mohou spalovat přímo k pohonu turbin spalinami, nebo se
jich můţe pouţít v motorech s vnitřním spalováním, jenţ potom mohou pohánět generátory.
Kaţdá technologie nabízí provozovatelům určité výhody, zejména při schopnosti provozu
akceptovat kolísající poptávku po elektřině.
Problémy ţivotního prostředí
Většina spalovacích zařízení pouţívá palivo a další suroviny, které pocházejí z přirozených
zemských zdrojů a přeměňují je na uţitečnou energii. Fosilní paliva jsou nejhojnějšími zdroji
energie, kterých se dnes pouţívá. Jejich hořením však dochází k příslušnému a časem
značnému dopadu na ţivotní prostředí jakoţto celek. Spalovací proces vede k tvorbě emisí do
ovzduší, vody i půdy, přičemţ emise do ovzduší se povaţují za jedny z hlavních problémů
ţivotního prostředí.
Nejdůleţitějšími emisemi do ovzduší jsou SO2, NOx, CO, tuhé částice (PM10) a skleníkové
plyny, jako je N2O a CO2. Ostatní substance jako jsou těţké kovy, halogenové sloučeniny a
dioxiny jsou emitovány v menším mnoţství.
Podmínky
Emise, které se vztahují k BAT jsou postaveny na denních průměrech, standardních
podmínkách a standardním obsahu O2 (v závislosti na typu spalovaného paliva), coţ
představuje typický stav zatíţení. Při období maximálního zatíţení, najíţdění a odstávky,
stejně jako při provozních problémech systémů čištění spalin, se musí zohlednit i krátkodobé
špičkové hodnoty, které mohou být i vyšší.
iii
Vykládka, skladování a manipulace s palivem a aditivy
Některé BAT k prevenci úniků z vykládky, skladování a manipulace s palivy a také s aditivy
jako je vápno, vápenec, čpavek atd. se uvádějí v přehledu tabulky 1.
Tabulka 1: Některé BAT pro skladování a manipulaci s palivem a aditivy
BAT
pevné částice
(tuhé
znečišťující
látky)
Pouţít pro nakládku a vykládku takové vybavení, které minimalizuje výšku, ze které
padá palivo do skladovacího prostoru, čímţ se sniţuje tvorba fugitivních emisí prachu
(pro pevná paliva)
V zemích, kde nemrzne, se ke sníţení tvorby fugitivních emisí prachu ze skladů
pevných paliv pouţije systémů vodního rozstřiku (u pevných paliv)
Umístit pásové dopravníky v bezpečných prostorách nad zemí tak, aby se předešlo
poškození vozidly a jiným zařízením (u pevných paliv)
Pouţít uzavřených dopravníků s dobře vyprojektovaným vybavením pro výkonné
odsávání a filtraci v místech přechodu z dopravníku na dopravník tak, aby se předešlo
emisím prachu (u pevných paliv)
Racionalizovat přepravní systémy se záměrem minimalizovat tvorbu a přenos prachu
v daném místě (u pevných paliv)
Vyuţít dobrého projektu a konstrukčního provedení a odpovídající údrţby (pro všechna
paliva)
Skladovat vápno nebo vápenec v silech s dobře vyprojektovaným zařízením pro účinné
odsávání a filtraci (pro všechna paliva)
kontaminace
vody
Sklad musí být umístěn na odizolovaném povrchu s drenáţí, se sběrem odtoku a
úpravou vody sedimentací (pro pevná paliva)
Vyuţít systémů skladování kapalného paliva, které jsou umístěny do nepropustných
jímek a mají kapacitu schopnou pojmout 75 % maximální kapacity všech nádrţí, nebo
alespoň maximální objem největší nádrţe. Obsah kaţdé nádrţe bude zobrazen na
stupnici a ukazatel bude propojen s pouţitým signálním zařízením a k prevenci proti
přeplnění skladovacích nádrţí se mohou uplatnit automatické regulační systémy
(kapalná paliva)
Potrubní vedení umístit v bezpečných otevřených prostorách nad zemí, tak, aby se
mohly rychle detekovat úniky a mohlo se předejít poškození vozidly a jiným zařízením.
U nepřístupného potrubí se mohou uplatnit dvojité stěny s automatickou kontrolou
povrchu (pro kapalná a plynná paliva)
Zachytit povrchové splaškové vody (dešťové) ze skladovacích prostor paliva, která
palivo vymývá a unáší a upravit tento zachycený odtok (usazováním nebo v úpravně
odpadní vody) a to ještě před vypuštěním (u pevných paliv)
prevence poţáru Systémy automatického dozoru nad skladovacími prostorami pevných paliv pro detekci
poţárů způsobených samozápalem a k identifikaci rizikových míst ( pevná paliva)
fugitivní emise Vyuţít systémů detekce úniku topného plynu a signálních systémů
(u kapalných a plynných paliv)
účinné vyuţití
přírodních
zdrojů
Vyuţít expansních turbin pro získání obsahu energie ze stlačených topných plynů
(zemního plynu dodaného tlakovým potrubím) (u kapalných a plynných paliv)
riziko čpavku
pro zdraví a
bezpečnost
Pro manipulaci a skladování čistého zkapalněného čpavku: tlakové zásobníky pro čistý
zkapalněný čpavek > 100 m3 budou mít dvojitou stěnu a budou umístěny nad terénem;
zásobníky s objemem 100 m3 a menší budou vyrobeny pomocí procesů ţíhání
(všechna paliva)
Z hlediska bezpečnosti je méně riskantní pouţít vodního roztoku čpavku neţ skladovat
a manipulovat s čistým zkapalněným čpavkem (všechna paliva)
iv
Předúprava paliva
Předúprava paliva znamená u pevného paliva hlavně promísení a přípravu směsí tak, aby se
zajistily stabilní podmínky spalování a sníţily se emise ve špičkách. Za účelem sníţení
mnoţství vody v rašelině a biomase se za součást BAT také povaţuje sušení paliva.
U kapalných paliv je BAT pouţití úpravárenského zařízení pro předběţnou úpravu, jako jsou
jednotky k čištění motorové nafty pouţívané v plynových (spalovacích) turbinách a
v motorech. Úprava těţkého topného oleje (TTO) se provádí v zařízeních jako jsou spirálové
typy elektrických nebo parních ohříváků, dávkovací systémy pro rozráţení emulze atd.
Tepelná účinnost
Rozumné hospodaření s přírodními zdroji a účinné vyuţívání energie jsou dva hlavní
poţadavky Směrnice IPPC. V tomto smyslu je účinnost, s níţ lze např. elektrickou energii
vyrobit, důleţitým ukazatelem emisí souvisejících s plynným CO2, které ovlivňují klima.
Jedním ze způsobů sníţení emisí CO2 na jednotku vyrobené energie je optimalizace vyuţití
energie a proces výroby určitého druhu energie. Zvyšující se tepelná účinnost se odvíjí od
podmínek zatíţení, chladícího systému, emisí, typu pouţitého paliva a tak dále.
Za nejúčinnější moţnost volby ke sníţení celkového mnoţství unikajícího CO2 se povaţuje
kogenerace (CHP), která je významná pro jakoukoliv nově stavěnou elektrárnu, na
kterémkoliv místě, kde je natolik vysoká poptávka po teple, ţe zdůvodní stavbu draţšího
kogeneračního závodu namísto jednodušší výtopny nebo pouhé elektrárny. Konečné BAT ke
zvýšení účinnosti a BAT spojené s danými hladinami emisí jsou uvedeny přehledně
v tabulkách 3 aţ 5. Zde je třeba poznamenat, ţe u zařízení vytápěných TTO (těţkým topným
olejem) se účinnosti povaţují za srovnatelné na rozdíl od zařízení, která spalují uhlí.
Tabulka 2: Výše tepelné účinnosti spojené s uplatněním opatření BAT u zařízení spalujících
černé a hnědé uhlí
palivo kombinovaná
technologie
tepelná účinnost jednotky (čistá) (%)
nová zařízení stávající zařízení
černé a hnědé
uhlí
Kogenerace 75-90 75-90
černé uhlí
PC (DBB a WBB) 43-47 Dosaţitelné zlepšení tepelné účinnosti
závisí na specifickém zařízení, ale při
pouţití BAT u stávajících zařízení se
jakoţto indikace předpokládá úroveň
36*- 40 % nebo postupné zlepšování o
více neţ 3 %
FBC >41
PFBC >42
hnědé uhlí
PC (DBB) 42-45
FBC >40
PFBC >42
PC: spalování práškového paliva DBB: granulační kotel
FBC: spalování ve fluidním loţi PFBC: spalování v tlakovém fluidním loţi
WBB: výtavný kotel
* Na tuto hodnotu jsou rozdílné názory a uvádějí se v části 4.5.5 hlavního dokumentu
v
Tabulka 3: Úrovně tepelné účinnosti spojené s uplatňováním opatření BAT u spalovacích
zařízení na rašelinu a biomasu.
palivo kombinovaná technika tepelná účinnost jednotky (čistá) (%)
elektrická účinnost vyuţití paliva (CHP)
biomasa
spalování na roštu okolo 20 75-90
závisí na uplatnění u specifického
zařízení a potřebě tepla a elektřiny topeniště s pohazovačem >23
FBC (CFBC) >28-30
rašelina FBC (BFBC a CFBC) >28-30
FBC: spalování ve fluidním loţi CHP: kogenerace
BFBC: spalování ve stacionárním fluidním loţi
CFBC: spalování v cirkulujícím fluidním loţi
Pro pouţití kapalných paliv při vytápění kotlů a pro motory nebyly zařazeny ţádné specifické
hodnoty tepelné účinnosti. Některé zvaţované techniky jsou ale k dispozici u příslušných
úseků týkajících se BAT.
Tabulka 4: Účinnost zařízení na plyn ve spojení s vyuţitím BAT
typ zařízení elektrická účinnost (%) vyuţití paliva (%)
nová zařízení stávající zařízení Nová i stávající zařízení
Plynová turbina
Plynová turbina 36-40 32-35 -
Spalovací motor
Spalovací motor 38-45 -
Spalovací motor se spalinovým kotlem v reţimu
kogenerace
>38 >35 75-85
Kotel vytápěný plynem
Kotel vytápěný plynem 40-42 38-40
CCGT
Kombinovaný cyklus s přitápěním (HRSG) nebo
bez něho a to pouze k výrobě elektřiny
54-58 50-54 -
Kombinovaný cyklus bez přitápění (HRSG)
v reţimu kogenerace
<38 <35 75-85
Kombinovaný cyklus s přitápěním v reţimu
kogenerace
<40 <35 75-85
HRSG: spalinový kotel CHP: kogenerace
Emise tuhých znečišťujících látek (prach)
Tuhé znečišťující látky (prach) emitované během spalování pevných nebo kapalných paliv
vznikají skoro výhradně z jejich minerální frakce. Při spalování kapalných paliv dochází za
nedokonalého spalování k tvorbě sazí. Spalování zemního plynu není významným zdrojem
emisí prachu. Úrovně emisí prachu jsou v tomto případě obvykle značně pod 5 mg/Nm3, aniţ
by se uplatnila nějaká přídavná technická opatření.
Při odprašování výstupních plynů z nových i stávajících spalovacích zařízení se za BAT
povaţuje pouţití elektrostatického odlučovače (ESP) nebo tkaninového filtru (FF), kde
tkaninový filtr běţně dosahuje emisních úrovní pod 5 mg/Nm3. Cyklony a mechanické
kolektory se samy o sobě nepovaţují za BAT, ale lze jich pouţít jako stupeň předčištění
proudících spalných plynů.
vi
Konečné BAT pro odprašování s přiřazenými úrovněmi emisí jsou přehledně uvedeny
v tabulce 5. U spalovacích zařízení nad 100 MWt a zejména nad 300 MWt. jsou hladiny
prachu niţší z důvodu zařazených odsiřovacích technik (FGD), které jsou jiţ koncovou
technologií BAT pro odsiřování a také sniţují tuhé částice.
Tabulka 5: BAT ke sníţení emisí tuhých částic z některých spalovacích zařízení
Výkon
(MWt)
Úroveň emisí prachu (mg/Nm3) BAT k dosaţení
těchto úrovní
černé a hnědé uhlí biomasa a rašelina kapalná paliva pro
kotle
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 5-20* 5-30* 5-20 5-30 5-20* 5-30* ESP či FF
100-300 5-20* 5-25* 5-20 5-20 5-20* 5-25* ESP či FF
v kombinaci
s FGD (mokrým,
polosuchým nebo
suchou injektáţí
sorbentu,) pro PC
ESP nebo FF pro
FBC
Vysvětlivky:
ESP: elektrostatický odlučovač; FGD: odsiřování spalin; sd: polosuchá odsiřovací metoda
FF: tkaninový filtr; FGD (wet) mokrá metoda odsiřování
FBC: spalování ve fluidním loţi; dsi: injektáţ suchého sorbentu
PC: spalování práškového materiálu;
* Na tyto hodnoty jsou určité rozdílné názory a uvádějí se v částech 4.5.6 a 6.5.3.2 hlavního
dokumentu
Těţké kovy
Emise těţkých kovů plynou z jejich přítomnosti, jakoţto přirozené sloţky fosilních paliv.
Většina uvaţovaných těţkých kovů (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, V, Zn) se běţně uvolňuje
jako sloučeniny (např. oxidy, chloridy) a váţe se na tuhé částice. Proto je BAT ke sníţení
emisí těţkých kovů obecně pouţitím vysoce výkonných odprašovacích zařízení jako jsou
elektrostatické odlučovače a tkaninové filtry.
Rtuť a selen jsou však přinejmenším částečně přítomny ve formě par. Rtuť má vysokou tenzi
par při běţných provozních teplotách odlučovacího zařízení a její strhávání pevnými
částicemi a zachycení v odlučovacím zařízení značně kolísá. U elektrostatických odlučovačů
nebo tkaninových filtrů, které se provozují v kombinaci s technikami odsiřování, jako je
mokrá vápno/vápencová metoda, suchá rozprašovací sušárna nebo suchá injektáţ sorbentu, je
průměrný podíl odstranění Hg 75 % (50 % v ESP a 50 % v odsiřovacím zařízení) a 90 % lze
získat za přítomnosti selektivní katalytické redukce pro vysoce prašné prostředí.
Emise SO2
Emise oxidů síry pocházejí hlavně ze síry přítomné v palivu. Zemní plyn se obvykle povaţuje
za bezsirný. To ale není případ určitých průmyslových plynů a potom je nutné tato plynná
paliva odsiřovat.
vii
Obecně se za BAT pro spalovací zařízení na pevná a kapalná paliva povaţuje nízkosirné
palivo a/nebo odsiřování. Na pouţití nízkosirného paliva pro zařízení nad 100 MWt se však
můţe ve většině případů pohlíţet pouze jako na doplňkové opatření ke sníţení emisí SO2
v kombinaci s dalším opatřením.
Vedle vyuţití nízkosirného paliva jsou technikami, které se povaţují za BAT hlavně mokré
absorbéry (podíl sníţení 92-98 %) a odsiřování rozprašovacími sušárnami (podíl sníţení 85 aţ
92 %), které jiţ na trhu zaujímají více neţ 90 % podíl. Suché techniky odsiřování jako je
injektáţ suchého sorbentu, se vyuţívají hlavně u zařízení s tepelným výkonem méně neţ 300
MWt.
Tabulka 6: BAT ke sníţení emisí SO2 z některých spalovacích zařízení
Výkon
(MWt)
Úroveň emisí SO2 (mg/Nm3) BAT k dosaţení těchto
úrovní
černé a hnědé uhlí rašelina kapalná paliva pro
kotle
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 200-400*
150-400*
(FBC)
200-400*
150-400*
(FBC)
200-300 200-300 100-350* 100-350* Nízkosirné palivo nebo
odsiřování injektáţí
suchého sorbentu
nebo v rozprašovací
sušárně nebo v mokrém
absorbéru (v závislosti
na velikosti zařízení).
Vypírání mořskou
vodou. Kombinované
techniky ke sníţení
NOx a SO2. Injektáţ
vápence (FBC)
100-300 100-200 100-250* 200-300
150-250
(FBC)
200-300
150-300
(FBC)
100-200* 100-250*
> 300 20-150*
100-200
(CFBC/
PFBC)
20-200*
100-200*
(CFBC/
PFBC)
50-150
50-200
(FBC)
50-200 50-150* 50-200*
Vysvětlivky:
FGD (sds): odsiřování spalin v rozprašovací sušárně; PFBC: spalování v tlakovém fluidním loţi ;
FGD (dsi): odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu
FGD (wet): mokrá odsiřovací metoda
FBC: spalování ve fluidním loţi;
CFBC: spalování v cirkulujícím fluidním loţi
* Na tyto hodnoty jsou určité rozdílné názory a uvádějí se v částech 4.5.8 a 6.5.3.3 hlavního
dokumentu
Emise NOx
Hlavními oxidy dusíku, které emitují během spalování, jsou oxid dusnatý (NO) a oxid
dusičitý (NO2), o nichţ se jedná pod souborným označením jako o NOx.
U zařízení spalujících práškové uhlí je BAT sníţení emisí pomocí primárních a sekundárních
opatření jako je selektivní katalytická redukce (SCR), kde se podíl sníţení systémem SCR
pohybuje mezi 80 a 95 %. Vyuţití selektivní katalytické redukce nebo selektivní nekatalytické
redukce má nevýhody moţných emisí nezreagovaného čpavku („strhávání čpavku“).
U malých zařízení spalujících pevné palivo bez výchylek vysokého zatíţení a při stabilní
jakosti paliva se na techniku selektivní nekatalytické redukce ke sníţení emisí NOx pohlíţí
také jako na BAT.
viii
U spalovacích zařízení vytápěných práškovitým hnědým uhlím (lignitem) a rašelinou se za
BAT povaţuje kombinace různých primárních opatření. To znamená, například, pouţití
moderních nízkoemisních hořáků (o nízkých emisích NOx) v kombinaci s jinými primárními
opatřeními jako je recirkulace spalin, postupné spalování (odstupňování vzduchu), opakované
spalování atd. Vyuţití primárních opatření směřuje k nedokonalému spalování, které má za
následek vyšší míru nespáleného uhlíku v polétavém popílku a určité emise oxidu uhelnatého.
U fluidních kotlů spalujících pevné palivo je BAT sníţení emisí NOx dosaţené postupným
dávkováním vzduchu nebo pomocí recirkulace spalin. Mezi emisemi NOx z fluidního
spalování se stacionárním loţem a spalování v cirkulujícím loţi existuje malý rozdíl.
Závěry o BAT ke sníţení emisí NOx a s nimi spojené hladiny emisí jsou pro různá paliva
uvedena v přehledu tabulek 8, 9 a 10.
Tabulka 7: BAT ke sníţení NOx ze spalovacích zařízení vytápěných uhlím a lignitem
Výkon
(MWt)
Technika
spalování
Úroveň emisí NOx spojená s BAT
(mg/Nm3)
Moţnosti volby BAT k dosaţení
těchto úrovní
nová zařízení stávající
zařízení
palivo
50-100
spalování na
roštu
200-300* 200-300* uhlí a lignit Pm a/nebo SNCR
spalování
práškového
paliva
90-300* 90-300* uhlí kombinace Pm a SNCR nebo SCR
CFBC a
PFBC
200-300 200-300 uhlí a lignit kombinace Pm
spalování
práškového
paliva
200-450 200-450* lignit
100-300
spalování
práškového
paliva
90*-200 90-200* uhlí kombinace Pm ve spojení s SCR
nebo kombinované techniky
spalování
práškového
paliva
100-200 100-200* lignit kombinace Pm
BFBC,
CFBC a
PFBC
100-200 100-200* uhlí a lignit kombinace Pm společně s SNCR
>300
PC 90-150 90-200 uhlí kombinace Pm ve spojení s SCR
nebo kombinované techniky
PC 50-200* 50-200* lignit kombinace Pm
BFBC,CFB
C a PFBC
50-150 50-200 uhlí a lignit kombinace Pm
Vysvětlivky:
PC: spalování práškového paliva
CFBC: spalování v cirkulujícím fluidním loţi ; BFBC: spalování ve stacionárním fluidním loţi
Pm: primární opatření ke sníţení NOx; PFBC: spalování v tlakovém fluidním loţi
SCR: selektivní katalytická redukce; SNCR: selektivní nekatalytická redukce
Vyuţití antracitu můţe vést k vyšším hladinám NOx z důvodu vysokých teplot spalování
* Na tyto hodnoty jsou určité odlišné názory a uvádějí se v části 4.5.9 hlavního dokumentu
ix
Tabulka 8: BAT pro sníţení NOx ze spalovacích zařízení vytápěných rašelinou biomasou a
kapalným palivem
Výkon
(MWt)
Úroveň emisí NOx (mg/Nm3) BAT k dosaţení těchto úrovní
biomasa a rašelina kapalná paliva
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 150-250 150-300 150-300* 150-450 kombinace Pm s SCR nebo
kombinované techniky 100-300 150-200 150-250 50-150* 50-200*
> 300 50-150 50-200 50-100* 50-150*
Vysvětlivky:
Pm:primární opatření ke sníţení NOx SCR: selektivní katalytická redukce NOx
* Na tyto hodnoty existují rozdílné názory, uvedené v části 6.5.3.4 hlavního dokumentu
U nových plynových turbin jsou BAT nízkoemisní hořáky DLN. U stávajících plynových
turbin je BAT injektáţ vody nebo páry nebo konverze na techniky DLN. U zařízení se
stacionárními plynovými motory je BAT chudé spalování analogické nízkoemisním
technikám DLN pouţívaným u plynových turbin.
U většiny plynových turbin a plynových motorů se za BAT povaţuje také selektivní
katalytická redukce. Modernizace kombinovaného cyklu s plynovou turbinou systémem SCR
je technicky proveditelná, ale nedá se ekonomicky zdůvodnit pro stávající zařízení. Důvodem
je, ţe se u spalinového kotle nepředpokládal v projektu potřebný prostor, a proto není
k dispozici.
Tabulka 9: BAT pro sniţování emisí NOx a CO ze spalovacích závodů na plyn
Typ zařízení Úroveň emisí
spojených s BAT
(mg/Nm3
Obsah
kyslíku
(%)
Moţnosti volby BAT
k dosaţení těchto úrovní
NOx CO
plynové turbiny
nové plynové turbiny 20-50 5-100 15 hořáky DLN nebo SCR
DLN pro stávající plynové
turbiny
20-75 5-100 15 hořáky DLN případně jako
soubor pro modernizaci
stávající plynové turbiny 50-90* 30-100 15 injektáţ vody nebo páry
nebo SCR
spalovací motory
nové spalovací motory 20-75* 30-100* 15 koncepce chudého
spalování nebo SCR a
katalyzátor oxidace pro CO
nové spalovací motory
s spalinovým kotlem
v reţimu CHP
20-75* 30-100* 15 koncepce chudého
spalování nebo SCR a
katalyzátor oxidace pro CO
stávající spalovací motory 20-100* 30-100 15 uspořádání pro nízké emise
NOx
x
plynové kotle
nové plynové kotle 50-100* 30-100 3 nízkoemisní hořáky nebo
SCR nebo SNCR stávající plynové kotle 50-100* 30-100 3
CCGT (kombinovaný cyklus s plynovou (spalovací) turbinou)
nový CCGT bez přitápění
(spalinový kotel)
20-50 5-100 15 hořáky DLN nebo SCR
stávající CCGT bez přitápění
(spalinový kotel)
20-90* 5-100 15 nízkoemisní hořáky DLN
nebo vodní či parní injektáţ
nebo SCR
nový CCGT s přitápěním 20-50 30-100 pro
specifické
zařízení
hořáky DLN a nízkoemisní
hořáky pro část kotle nebo
SCR nebo SNCR
stávající CCGT s přitápěním 20-90* 30-100 pro
specifické
zařízení
hořáky DLN nebo vodní či
parní injektáţ a
nízkoemisní hořáky pro
část kotle nebo SCR nebo
SNCR
Vysvětlivky:
SCR: selektivní katalytická redukce NOx; SNCR: selektivní nekatalytická redukce NOx;
HRSG: spalinový kotel; CHP: kogenerace
CCGT: kombinovaný cyklus s parní turbinou
* Na tyto hodnoty byly rozdílné názory a uvádějí se v části 7.5.4 hlavního dokumentu.
Emise CO
Oxid uhelnatý (CO) se vţdy objevuje jako meziprodukt spalovacího procesu. BAT pro
minimalizaci emisí CO spočívá v dokonalém spalování, coţ souvisí s dobrým projektem pece
vyuţitím vysoce výkonného monitorování a technik pro řízení procesu a údrţbou spalovacího
systému. Určité hladiny emisí související s pouţitím BAT u různých paliv se uvádějí
v oddílech o BAT, ale v tomto souhrnu se zmiňují pouze některé ze zařízení spalujících plyn.
Kontaminace vody
Vedle znečišťování ovzduší jsou velká spalovací zařízení také významným zdrojem vody,
která se vypouští do řek, jezer a prostředí moře (chladící a odpadní voda).
Jakákoliv odtoková povrchová voda (dešťová) z prostorů skladů, která unáší vymývané
částice paliva se musí shromaţďovat a upravit (usazováním) a to ještě před vypuštěním. Nelze
zabránit tomu, aby v elektrárně příleţitostně nedocházelo k malému mnoţství olejem
kontaminované vody (vymývání). BAT je separace oleje v jímkách tak, aby se zabránilo
poškození ţivotního prostředí.
Závěrečné BAT pro mokré odsiřování souvisejí s vyuţíváním úpravny odpadních vod.
Úpravna odpadních vod se skládá z různých chemických úprav k odstranění těţkých kovů tak,
aby se dosáhlo poklesu mnoţství tuhých znečišťujících látek ze vstupující vody. V úpravně
vody dochází k nastavení hodnoty pH, vysráţení těţkých kovů a odstranění pevných částic.
Ve vlastním dokumentu se uvádějí některé úrovně emisí.
xi
Odpad a odpadní zbytky
Odvětví jiţ věnovalo hodně pozornosti zuţitkování zůstatků a vedlejších produktů ze
spalování, namísto toho, aby je ukládalo na skládku. Zuţitkování a opětné vyuţití je proto
nejlepší moţnou volbou a dává se jí přednost.
Existuje mnoho různých moţností vyuţití různých vedlejších produktů, jako je tomu u
popelů. Kaţdá z moţností volby má svá specifická kritéria. V tomto BREF není moţné tato
veškerá kritéria uvést. Kvalita kritérií obvykle souvisí s vlastnostmi, které má struktura
odpadního zbytku a s obsahem škodlivých látek, jakým je mnoţství nespáleného paliva nebo
rozpustnost těţkých kovů atd.
Konečným produktem techniky mokré vápno/vápencové metody je sádrovec, coţ je komerčně
vyuţitelný produkt u zařízení ve většině zemí EU. Můţe se prodat a vyuţít namísto přírodního
sádrovce. V praxi se většina sádrovce vznikajícího v elektrárnách vyuţívá v průmyslu
sádrokartonových desek. Čistotu sádrovce omezuje mnoţství vápence, které se můţe
spotřebovat v procesu.
Spoluspalování odpadu a druhotná paliva
Velká spalovací zařízení, vyprojektovaná a provozovaná v souladu s BAT pouţívají
výkonných technik a opatření k odstraňování prachu (částečně včetně těţkých kovů), SO2,
NOx, HCl, HF a dalších znečišťujících látek, stejně jako technik k prevenci kontaminace
vody a půdy. Obecně lze na tyto techniky pohlíţet jako na uspokojivé a proto se také povaţují
za BAT při spoluspalování druhotného paliva. Základem této moţnosti jsou závěry o BAT a
zejména úrovně emisí, které jsou spojeny s vyuţíváním BAT, tak jak se definuje ve
speciálních kapitolách o palivech. Vyšší vstup znečišťujících látek do systému spalování se
můţe vyrovnávat do určité míry uzpůsobením systému čištění spalin nebo omezením
procentuálního mnoţství spoluspalovaného druhotného paliva.
Pokud jde o dopad spoluspalování na kvalitu odpadních produktů, je hlavním problémem
BAT udrţování jakosti sádrovce, popelů, strusky (škváry) a dalších zůstatků a vedlejších
produktů spalování za účelem recyklace na stejné úrovni, jako mají ty, ke kterým dochází bez
spoluspalování druhotného paliva. Pokud spoluspalování povede k výrazným objemům
vedlejších produktů nebo odpadních zbytků, které je třeba zneškodňovat, nebo výrazné
kontaminaci kovy (např. Cd, Cr, Pb) nebo dioxiny, je třeba přijmout další opatření, aby se
tomu zabránilo.
Míra shody
Tento dokument, jakoţto celek, má velkou podporu členů technické pracovní skupiny (TWG).
Ale průmysl a hlavně dva členské státy svoji plnou podporu konečnému návrhu nevyjádřily a
oznámily tzv. „rozpor“ u některých závěrů předloţených v dokumentu, zejména u BAT a
souvisejícími účinnostmi a hodnotami emisí pro uhlí a lignit (černé a hnědé uhlí včetně
lignitu), pro kapalná a plynná paliva, stejně jako u vyuţití selektivní katalytické redukce a to
z ekonomických důvodů. Konstatovaly, ţe rozsah hodnot emisí spojených s pouţitím BAT je
obecně příliš nízký a to jak pro nové, tak i stávající elektrárny. Je však třeba poznamenat, ţe
vyšší hladiny emisních hodnot spojené s BAT a to zejména u stávajících zařízení, jsou
podobné některým z hodnot emisních limitů, které jsou stanoveny v některých evropských
členských státech.
xii
To podporuje názor členů technické pracovní skupiny, ţe hladiny emisí spojené s BAT jsou
přiměřené a ilustrují, ţe uvaţovaných úrovní se jiţ u BAT dosáhlo u celé řady zařízení
v Evropě.
Evropské společenství zahájilo a podporuje prostřednictvím svých programů RTD řadu
projektů, které se zabývají čistými technologiemi, úpravou vznikajících kapalných odpadů a
recyklačními technologiemi a strategiemi řízení.
Potenciálně mohou být tyto projekty významným přínosem pro budoucí revize BREF.
Uţivatelé dokumentu se proto vyzývají, aby informovaly EIPPCB (Evropská kancelář pro
IPPC) o jakýchkoliv výsledcích výzkumu, které jsou relevantní rozsahu tohoto dokumentu
(viz také předmluva tohoto dokumentu).
xiii
Předmluva
1. Status dokumentu
Není-li uvedeno jinak, míní se pojmem „Směrnice“ v tomto dokumentu, Směrnice Rady
96/61/EC o integrované prevenci a sniţování znečištění. Směrnice se uplatňuje, aniţ by
omezovala předpisy Společenství o zdraví a bezpečnosti pracovního prostředí a rovněţ tak i
tento dokument.
Tento dokument je pracovním návrhem Evropské kanceláře pro IPPC. Není to oficiální
publikace Evropského společenství a nemusí nutně vyjadřovat postoj Evropské Komise.
2. Odpovídající právní závazky týkající se Směrnice IPPC a definice BAT
Aby se uţivateli napomohlo pochopit právní rámec, v němţ je tento dokument zkoncipován,
popisují se v této předmluvě nejdůleţitější ustanovení Směrnice IPPC včetně definice termínu
„nejlepší dostupné techniky“. Tento popis je bezpochyby neúplný a uvádí se pouze pro
informaci. Nemá statut právní normy a ţádným způsobem neupravuje nebo nepředjímá
skutečná ustanovení Směrnice.
Účelem Směrnice je dosáhnout integrované prevence a omezení znečištění pocházejícího
z činností vyjmenovaných v její Příloze I, coţ povede k vysoké úrovni ochrany ţivotního
prostředí jako celku. Právní podstata Směrnice se vztahuje k ochraně ţivotního prostředí. Při
jejím uplatňování by se měly zohlednit také další cíle Společenství, jako je
konkurenceschopnost průmyslu v rámci Společenství a tím přispět k udrţitelnému rozvoji.
Konkrétněji zajišťuje povolovací systém provozování určitých kategorií průmyslových
zařízení, který vyţaduje jak na provozovatelích tak na inspekcích přijmout celkový
integrovaný pohled na znečištění a výši spotřeb u zařízení. Celkovým záměrem takového
integrovaného přístupu musí být zdokonalit řízení a regulaci průmyslových pochodů tak, aby
se zajistila vysoká úroveň ochrany ţivotního prostředí jako celku. Ústředním bodem takového
přístupu je obecná zásada uvedená v článku 3, ţe provozovatelé by měli přijmout veškerá
opatření pro prevenci znečištění, zejména pomocí aplikace nejlepších dostupných technik,
které jim umoţňují zlepšit působení jejich provozů na ţivotní prostředí.
Termín „ nejlepší dostupné techniky“ se definuje v článku 2, odstavec 11 Směrnice jako
“nejúčinnější a nejpokročilejší stav vývoje činností a jejich způsobu provozování, který v
zásadě naznačuje praktickou vhodnost určité techniky při poskytnutí základu pro hodnoty
emisních limitů stanovených pro prevenci a tam, kde to nelze v praxi uskutečnit, pak je třeba
obecně sníţit emise a dopad na ţivotní prostředí jako celek“. Článek 2, odstavec 11 pokračuje
vysvětlením této definice dále kde:
- „techniky“ znamenají jak pouţívané technologie, tak způsoby, kterými se zařízení
vyprojektuje postaví, udrţuje, provozuje a odstaví z provozu;
- „dostupné“ techniky jsou ty, které jsou vyvinuty tou měrou, ţe umoţňují zavedení do
příslušného průmyslového odvětví za ekonomicky a technicky reálných podmínek při
zohlednění nákladů a výhod, zda se technická zařízení pouţívají nebo vyrábějí
v dotyčném členském státě nebo ne a jak dalece jsou pro provozovatele dostupné
xiv
- „nejlepší“ znamená nejúčinnější při dosaţení obecně vysoké úrovně ochrany
ţivotního prostředí jako celku.
Kromě toho Příloha IV Směrnice obsahuje seznam „opatření, která je třeba vzít při určování
nejlepších dostupných technik v úvahu obecně nebo ve specifických případech, při zohlednění
pravděpodobných nákladů a přínosů opatření a zásad opatrnosti a prevence“.
Tato opatření zahrnují informace zveřejněné Komisí podle článku 16, odstavec 2.
Na kompetentních orgánech odpovědných za vydání povolení se poţaduje, aby při stanovení
podmínek pro povolení zohlednily hlavní zásady uvedené v článku 3. Tyto podmínky musí
obsahovat hodnoty emisních limitů případně doplněné nebo nahrazené ekvivalentními
parametry či technickým opatřením. Podle článku 9, odstavce 4 Směrnice musí být tyto
hodnoty emisních limitů, ekvivalentní parametry a technická opatření v souladu s normami
kvality ţivotního prostředí zaloţeny na nejlepších dostupných technikách, aniţ by se
předepisovalo pouţití jakékoliv techniky nebo specifické technologie, ale musí brát v úvahu
technické charakteristiky dotyčného zařízení, jeho geografické umístění a místní podmínky
ţivotního prostředí. Za všech okolností musí podmínky povolení zahrnovat ustanovení o
minimalizaci dálkového přenosu nebo přeshraničního znečištění a musí zajistit vysokou
úroveň ţivotního prostředí jako celku.
Členské státy mají povinnost podle článku 11 Směrnice zajistit, aby kompetentní orgány
sledovaly vývoj, nebo se informovaly o vývoji nejlepších dostupných technik.
3. Cíle dokumentu
Článek 16, odstavec 2 Směrnice ţádá Komisi, aby organizovala „výměnu informací mezi
členskými státy a dotyčným průmyslovým odvětvím o nejlepších dostupných technikách,
souvisejícím monitorováním a pokrokem v jejich vývoji“ a zveřejňovala výsledky této
výměny.
Účel výměny informací je zakotven v úvodní části 25 Směrnice, která říká, ţe „ vývoj a
výměna informací o nejlepších dostupných technikách na úrovni Společenství napomůţe ke
kompenzaci nerovnováhy v technologiích pouţívaných ve Společenství, podpoří celosvětové
rozšíření limitních hodnot a technik pouţívaných ve Společenství a pomůţe členským státům
v účinném prosazování této Směrnice.
Komise (Environment DG) ustavila Fórum pro výměnu informací (IEF), aby napomáhalo
práci podle článku 16, odstavec 2 a zastřešovalo několik technických pracovních skupin, které
byly ustaveny. Informační fórum i technické pracovní skupiny tvoří zástupci členských států a
průmyslu a to v souladu s poţadavkem článku 16, odstavec 2.
Účelem série těchto dokumentů je správně reflektovat výměnu informací, která je zakotvena
v souladu s poţadavkem článku 16, odstavec 2 a poskytovat odpovídající informace
povolovacímu úřadu, aby je zohlednil při stanovení podmínek povolení. Při poskytování
příslušných informací týkajících se nejlepších dostupných technik, by měly tyto dokumenty
působit jako hodnotné nástroje k prosazování ohleduplného působení provozů na ţivotní
prostředí.
xv
4. Zdroje informací
Tento dokument představuje souhrn informací shromáţděných z mnoha zdrojů, zejména
včetně expertního vyjádření skupin, ustavených k tomu, aby pomáhaly Komisi při její práci a
pověřených sluţbami Komisi. Všechny příspěvky budou s povděkem přijaty.
5. Jak pochopit a pouţívat dokument
Je záměrem, aby se informace poskytnuté v tomto dokumentu pouţily jako vstupní údaje při
stanovení BAT ve specifických případech. Pokud se určují BAT a na jejich základě se stanoví
podmínky pro povolení, je třeba vzít vţdy v úvahu hlavní cíl, coţ je dosáhnout vysoké úrovně
ochrany ţivotního prostředí jako celku. Dále se v této části uvádějí typy informací, které se
vyskytují v kaţdém uceleném oddíle tohoto dokumentu.
Kapitola 1 poskytuje obecné informace o průmyslovém odvětví a popisuje klíčové problémy
ţivotního prostředí.
Kapitola 2 podává úvod do principů a koncepcí cyklů spalování a výroby různých druhů
energie. Jedná se o zcela krátký popis, ale zajistil se proto, aby napomohl čtenáři pochopit
technologii spalování a přeměnu energie.
Kapitola 3 poskytuje informace o obvyklých postupech a technikách, které se pouţívají ke
sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení v rámci odvětví.
Kapitoly 4 aţ 8 poskytují informace o technikách, které se pouţívají při spalování různých
paliv. Kaţdá kapitola je věnována určitému druhu paliva a na tyto kapitoly se text později
odvolává jako na „speciální kapitoly o palivech“. Uspořádání těchto kapitol se zakládá na
obecné osnově BREF:
Část 1 u kaţdé kapitoly (z kapitol 4 aţ 8) poskytuje informace o uplatňovaných postupech
a technikách, které se pouţívají při spalování jednotlivých paliv.
Část 2 u kaţdé kapitoly (z kapitol 4 aţ 8) poskytuje příklady pouţívaných technik a
postupů při spalování jednotlivých paliv.
Část 3 u kaţdé kapitoly (z kapitol 4 aţ 8) uvádí informace o úrovních spotřeb při
reflektování situací u stávajících zařízení v době psaní tohoto dokumentu.
Část 4 u kaţdé kapitoly (z kapitol 4 aţ 8) podrobně popisuje sniţování emisí a další
techniky, které se povaţují za nejrelevantnější při určování BAT a na BAT zaloţených
podmínkách povolení. Tyto informace obsahují podrobnosti o úrovních spotřeb, tepelných
účinnostech a úrovních emisí, které se povaţují za dosaţitelné při pouţití dané techniky;
dále určité indikace o výši a druhu nákladů; a informace o přenosu vlivů souvisejících
s pouţitím dané techniky z jednoho prostředí do druhého; a také podrobnosti o míře, do
které lze techniku vyuţít pro paletu zařízení vyţadujících povolení podle IPPC například,
zda se dá pouţít u nových, stávajících, velkých nebo malých zařízení. Techniky, na které
se obecně pohlíţí jako na zastaralé, se neuvádějí.
xvi
V konečné části u kaţdé kapitoly (z kapitol 4 aţ 8) je „závěrečná část“. Ta uvádí
techniky a spotřebu, tepelnou účinnost a úrovně emisí, které se v obecném slova smyslu
povaţují za kompatibilní s BAT. Účelem této části je tedy poskytnout obecné indikace
zohledňující spotřebu, tepelnou účinnost a výše emisí, které lze povaţovat za příslušnou
referenční hodnotu, aby napomáhala stanovit podmínky na bázi BAT nebo ke stanovení
obecně závazných předpisů podle článku 9 odstavce 8 Směrnice.
Je však třeba zdůraznit, ţe tento dokument nenavrhuje hodnoty emisních limitů. Stanovení
přiměřených podmínek pro povolení musí zohlednit místní, pro dané místo specifické faktory,
jako jsou technické charakteristiky dotyčného zařízení, jeho geografická poloha a místní
podmínky ţivotního prostředí. V případě stávajících zařízení je při jejich modernizaci třeba
vzít v úvahu rovněţ ekonomickou a technickou realizovatelnost. Dokonce i samotný cíl
zajištění vysoké úrovně ochrany ţivotního prostředí jako celku bude často při posuzování
různého typu dopadů na ţivotní prostředí kompromisem a takové posudky budou často
ovlivňovat i místní okolnosti.
Ačkoliv je snahou tyto problémy řešit, není moţné, aby se jimi tento dokument cele zabýval.
Techniky a úrovně nejlepších dostupných technik uvedené v závěrečné části u kaţdé
z kapitol o specifickém palivu (u kapitol 4 aţ 8) nemusí být tedy bezpodmínečně vhodné pro
kaţdé zařízení. Na druhé straně povinnost zajistit vysokou úroveň ochrany ţivotního prostředí
včetně minimalizace dálkových přenosů nebo přeshraničního znečištění vede nutně k závěru,
ţe podmínky povolení nemohou být zaloţeny čistě jen na místních okolnostech. Je proto
nanejvýš důleţité, aby informace obsaţené v tomto dokumentu byly povolovacími orgány do
zváţeny do důsledků.
Poněvadţ se nejlepší dostupné techniky během času budou měnit, provede se revize tohoto
dokumentu a přiměřeně se zaktualizuje. Všechny připomínky a návrhy by se měly adresovat
Evropské kanceláři pro IPPC při Institutu pro Studie perspektivních technologií na následující
adresu:
Edificio Expo, Inca Garcilaso s/n, E-41092 Seville-Spain
Telefon: +34 954488 284 fax: +34 95 4488 426
e-mail: [email protected]
internet: http://eippcb.jrc.es
6. Styčné body mezi směrnicí o IPPC a směrnicí pro velká spalovací zařízení
Předloţení následujících problémů vztahujících se ke styčným bodům mezi směrnicí
2001/80/ES z 23. října 2001 o omezování emisí určitých znečišťujících látek do ovzduší
z velkých spalovacích zařízení (Směrnice LCP) a směrnicí 96/61/ES z 24. září 1996 týkající
se integrované prevence a sniţování znečištění (směrnice IPPC) není na újmu jakémukoliv
hodnocení interpretace a posuzování Evropskou komisí při uplatňování těchto dvou směrnic.
Kromě toho je třeba poznamenat, ţe poslední interpretace zákona Společenství je záleţitostí
Evropského soudního dvora a proto nelze vyloučit, ţe interpretace Soudního dvora můţe
v budoucnosti způsobit některé problémy.
xvii
Směrnice LCP obsahuje hlavní následující jednoznačné odkazy na směrnici IPPC:
Úvodní část 8 směrnice LCP uvádí ţe“ Soulad s hodnotami emisních limitů uvedených
v této směrnici je třeba chápat jako nutnou, ale pokud jde o použití nejlepších dostupných
technik ne jako postačující podmínku pro soulad s požadavky směrnice 96/61/ES. Takový
soulad může znamenat přísnější hodnoty emisních limitů pro další substance a jiná media
i jiné přiměřené podmínky“. Úvodní část objasňuje, ţe soulad s hodnotami emisních
limitů uvedených ve směrnici LCP neodstraňuje povinnost vyhovovat směrnici IPPC,
zejména vést provozy v souladu s povolením (článek 9, odstavec 4 směrnice IPPC), které
obsahuje podmínky stanovené v souladu se směrnicí.
Článek 4, odstavec 3 a odstavec 6 směrnice LCP poskytuje členským státům moţnost
vytvořit pro stávající zařízení státní plán sniţování emisí, jakoţto alternativu při
uplatňování hodnot emisních limitů specifikovaných ve směrnici LCP pro stávající
zařízení. Ale „ plán nemůže za žádných okolností osvobodit zařízení od ustanovení
uvedených v příslušné legislativě Společenství, mezi jinými ani od směrnice 96/61/ES“.
Z toho důvodu, dokonce i pokud je zařízení zahrnuto do státního plánu, ještě stále
potřebuje, aby jeho provoz byl v souladu s povolením tak, jak vyţaduje směrnice IPPC
včetně hodnot emisních limitů na bázi BAT. Navíc, jak uvádí standardní předmluva
k BREF, je určitá flexibilita zakotvena v ustanoveních článku 9, odstavec 4 směrnice
IPPC a stejně tak i v definici BAT. V této souvislosti lze zvaţovat několik situací:
- pokud jsou hodnoty emisních limitů na bázi BAT vyšší neţ ty, které jsou obsaţeny ve
směrnici LCP, pak se musí tyto vyšší hodnoty zanést do povolení k provozu zařízení
bez ohledu na to, zda je zařízení zařazeno do státního plánu sniţování emisí nebo
ne;
- jsou-li hodnoty emisních limitů na bázi BAT niţší, neţ ty podle směrnice LCP a státní
plán zvolenou alternativu neuplatňuje, potom by se do povolení musely zanést
hodnoty emisních limitů podle LCP;
- jsou-li hodnoty emisních limitů na bázi BAT niţší neţ hodnoty emisních limitů podle
LCP a státní plán uplatňuje zařazení této alternativy, pak se do povolení k provozu
daného zařízení (zařazeného do státního plánu ke sniţování emisí) musí zanést
hodnoty emisních limitů přinejmenším stejně přísné jako ty hodnoty emisních limitů
na bázi BAT.
Článek 4, odstavec 4 směrnice LCP poskytuje moţnost udělit výjimku „doţívajícím
zařízením“ být v souladu s hodnotami emisních limitů nebo pro jejich zařazení do státního
plánu „aniž by to bylo na úkor směrnice 96/61/ES“. A to proto, ţe v takovém případě
dotyčné zařízení ještě potřebuje povolení k provozu podle směrnice IPPC. Jak je shora
uvedeno ustanovení článku 9, odstavce 4, směrnice IPPC a definice BAT umoţňuje se
správním orgánům zváţit charakteristiky takových doţívajících zařízení. Kromě toho
musí ţadatel k dokumentům vyjmenovaným v článku 6 směrnice IPPC týkajícího se
ţádostí o povolení připojit podle článku 4, odstavce 4, směrnice LCP podepsané
prohlášení.
xviii
Referenční dokument o nejlepších dostupných technikách pro
velká spalovací zařízení
SHRNUTÍ ................................................................................................................................... I
PŘEDMLUVA ........................................................................................................................... XIII
ROZSAH A USPOŘÁDÁNÍ DOKUMENTU ................................................................................ XXIX
1 VŠEOBECNÉ INFORMACE ....................................................................................................... 1
1.1 Přehled o průmyslovém odvětví ................................................................................... 1
1.2 Ekonomická situace ....................................................................................................... 8
1.3 Klíčové problémy ţivotního prostředí ....................................................................... 11
1.3.1 Účinnost ................................................................................................................. 12
1.3.2 Emise do ovzduší ................................................................................................... 14
1.3.2.1 Oxidy síry ........................................................................................................ 15
1.3.2.2 Oxidy dusíku (NOx) ........................................................................................ 15
1.3.2.3 Prach a tuhé znečišťující látky ........................................................................ 17
1.3.2.4 Těţké kovy ...................................................................................................... 18
1.3.2.5 Oxid uhelnatý ................................................................................................. 20
1.3.2.6 Skleníkové plyny ( oxid uhličitý a další) ........................................................ 20
1.3.2.7 Kyselina chlorovodíková (HCl) ...................................................................... 24
1.3.2.8 Fluorovodík (HF) ............................................................................................ 24
1.3.2.9 Čpavek (NH3) ................................................................................................ 24
1.3.2.10 Těkavé organické sloučeniny (VOC) ............................................................ 24
1.3.2.11 Persistentní organické sloučeniny (POPs), polycyklické aromatické
uhlovodíky (PAH), dioxiny a furany ........................................................................... 25
1.3.3 Emise do vody ........................................................................................................ 25
1.3.4 Zbytky ze spalování a vedlejší produkty ................................................................ 27
1.3.5 Emise hluku ............................................................................................................ 30
1.3.6 Emise radioaktivních látek ..................................................................................... 30
2 SPOLEČNÉ TECHNIKY PRO VÝROBU ENERGIE .................................................................... 33
2.1 Principy spalování ........................................................................................................ 33
2.2 Společné techniky spalovacích procesů ..................................................................... 34
2.2.1 Obecně o konverzi paliva v teplo ........................................................................... 34
2.2.2 Spalování pevného práškového paliva ................................................................... 34
2.2.3 Spalování ve fluidním loţi ...................................................................................... 35
2.2.4 Spalování na roštu ................................................................................................... 35
2.2.5 Spalování oleje a plynu ........................................................................................... 35
2.2.6 Zplyňování/zkapalňování ........................................................................................ 35
2.3 Přímá konverze ............................................................................................................. 36
2.3.1 Obecně ..................................................................................................................... 36
2.3.2 Spalovací motory ..................................................................................................... 36
2.3.3 Plynová (spalovací) turbina ..................................................................................... 37
2.4 Společné techniky u parních procesů ......................................................................... 37
2.4.1 Obecně ..................................................................................................................... 37
2.4.2 Elektrárna s kondenzací ve vakuu ........................................................................... 38
2.4.3 Kogenerace / kombinovaná výroba tepla a elektřiny .............................................. 38
2.5 Kombinovaný cyklus .................................................................................................... 39
2.5.1 Obecně ..................................................................................................................... 39
2.5.2 Přídavné spalování u kombinovaného cyklu plynových (spalovacích) turbin a
navýšení výkonu stávajících elektráren ........................................................................... 40
2.6 Typické sloţky parního cyklu ..................................................................................... 40
xix
2.6.1 Kotel ....................................................................................................................... 43
2.6.2 Parní turbina .......................................................................................................... 45
2.6.3 Kondenzátor ........................................................................................................... 45
2.6.4 Chladící systém ...................................................................................................... 45
2.6.5 Měrné náklady na různé koncepce elektráren ...................................................... 46
2.7 Účinnost ........................................................................................................................ 47
2.7.1 Carnotova účinnost ................................................................................................. 47
2.7.2 Tepelná účinnost ..................................................................................................... 48
2.7.3 Účinnost jednotky ................................................................................................... 49
2.7.4 Účinnost jednotky při odběru páry ....................................................................... 49
2.7.5 Pojetí exergie a účinnost exergie .......................................................................... 50
2.7.6 Vliv klimatických podmínek na účinnost ............................................................... 52
2.7.7 Vztah mezi účinností a problémy ţivotního prostředí .......................................... 54
2.7.8 Ztráty účinnosti u spalovacích zařízení ................................................................. 54
3 SPOLEČNÉ POSTUPY A TECHNIKY KE SNIŢOVÁNÍ EMISÍ Z VELKÝCH SPALOVACÍCH
ZAŘÍZENÍ .................................................................................................................................. 57
3.1 Některá primární opatření ke sniţování emisí ......................................................... 58
3.1.1 Záměna paliva ........................................................................................................ 58
3.1.2 Modifikace spalování ............................................................................................. 58
3.2 Techniky ke sniţování tuhých emisí .......................................................................... 60
3.2.1 Elektrostatické odlučovače (ESP) .......................................................................... 61
3.2.2 Mokré elektrostatické odlučovače .......................................................................... 64
3.2.3 Tkaninové filtry (pytlové resp. hadicové filtry) ..................................................... 64
3.2.4 Odstředivé odlučování (cyklony) ........................................................................... 67
3.2.5 Mokrý absorbér (mokrá pračka) .............................................................................. 68
3.2.6 Obecné provedení zařízení ke sniţování tuhých částic .......................................... 71
3.3 Techniky ke sniţování emisí oxidu siřičitého ............................................................ 72
3.3.1 Primární opatření ke sniţování emisí oxidu siřičitého ........................................... 72
3.3.1.1 Vyuţití nízkosirného paliva nebo paliva se zásaditými sloučeninami v popelu
s odsířením uvnitř kotle ............................................................................................... 72
3.3.1.2 Vyuţití adsorbentů v systémech spalování ve fluidním loţi ........................... 72
3.3.2 Sekundární opatření ke sníţení emisí oxidu siřičitého ........................................... 72
3.3.3 Mokré pračky ......................................................................................................... 74
3.3.3.1 Mokrá vápno-vápencová metoda .................................................................... 74
3.3.3.2 Metoda vypírání mořskou vodou .................................................................... 82
3.3.3.3 Mokrá magnezitová metoda ............................................................................ 84
3.3.3.4 Mokrá čpavková metoda ................................................................................ 84
3.3.4 Suchá rozprašovací metoda ( rozprašovací sušárny) .............................................. 85
3.3.5 Injektáţ sorbentu .................................................................................................... 89
3.3.5.1 Injektáţ sorbentu do topeniště ......................................................................... 89
3.3.5.2. Injektáţ sorbentu do kouřovodu (suchá odsiřovací metoda) ........................... 91
3.3.5.3 Kombinovaná injektáţ sorbentu ..................................................................... 95
3.3.5.4 Suchá pračka s cirkulujícím fluidním loţem (CFB) ....................................... 95
3.3.6 Regenerativní procesy ............................................................................................ 96
3.3.6.1 Proces se siřičitanem a kyselým siřičitanem sodným ...................................... 96
3.3.6.2 Proces s oxidem hořečnatým (MgO) ............................................................... 97
3.3.7 Obvyklé provedení technik pro odsiřování spalin .................................................. 99
3.4 Techniky ke sniţování emisí oxidů dusíku .............................................................. 104
3.4.1 Primární opatření ke sniţování emisí NOx .......................................................... 105
3.4.1.1 Nízký přebytek vzduchu ................................................................................ 106
xx
3.4.1.2 Odstupňování (postupné dávkování) vzduchu ............................................. 106
3.4.1.3 Recirkulace spalin ......................................................................................... 107
3.4.1.4 Omezený ohřev vzduchu ............................................................................... 108
3.4.1.5 Odstupňování ( postupné dávkování) paliva ................................................. 108
3.4.1.6 Nízkoemisní hořák ........................................................................................ 111
3.4.1.7 Obecné provedení primárních opatření ke sníţení emisí NOx ...................... 116
3.4.2 Sekundární opatření ke sniţování emisí NOx ...................................................... 118
3.4.2.1 Selektivní katalytická redukce (SCR) ........................................................... 118
3.4.2.2 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) ..................................................... 126
3.4.2.3 Aspekty bezpečnosti při skladování čpavku ................................................. 128
3.4.2.4 Obecné provedení sekundárních opatření ke sníţení emisí NOx ................... 129
3.5 Kombinované techniky ke sníţení emisí oxidu siřičitého a oxidů dusíku ............ 130
3.5.1 Adsorpce na pevných nosičích / regenerace ......................................................... 130
3.5.1.1 Metoda s aktivním uhlím ................................................................................ 130
3.5.1.2 Metoda NOXSO ........................................................................................... 131
3.5.1.3 Adsorpce na dalších pevných nosičích / metody regenerace ........................ 132
3.5.2 Katalytické metody plyn / pevná látka ................................................................. 132
3.5.2.1 Metoda WSA-SNOX ..................................................................................... 132
3.5.2.2 Metoda DESONOX ...................................................................................... 133
3.5.2.3 Metoda SNRB .............................................................................................. 134
3.5.2.4 Vyvíjené katalytické postupy plyn / pevná látka ......................................... 134
3.5.3 Ozařování svazkem elektronů .............................................................................. 134
3.5.4 Injektáţ alkálií ...................................................................................................... 134
3.5.5 Mokrá metoda s aditivy k odstraňování NOx ....................................................... 135
3.5.6 Obecné provedení kombinovaných technik ke sniţování SO2 a NOx ................. 136
3.6 Techniky ke sniţování emisí kovů ( těţkých kovů) ................................................ 137
3.6.1 Sniţování emisí rtuti (Hg) .................................................................................... 138
3.6.1.1 Primární opatření ke sniţování obsahu rtuti v pevném palivu ...................... 138
3.6.1.2 Technologie úpravy spalin za sniţování emisí rtuti ...................................... 138
3.6.2. Sniţování emisí kovů v systémech odlučování tuhých částic ............................. 139
3.6.3 Sniţování emisí kovů v systémech odsiřování spalin .......................................... 139
3.6.4 Sniţování emisí kovů u systémů redukce NOx ..................................................... 140
3.6.5. Sniţování emisí kovů systémy určenými k odstraňování kovů ........................... 140
3.7 Techniky ke sniţování emisí CO a nespálených uhlovodíků ................................. 141
3.8 Techniky ke sniţování emisí halogenů .................................................................... 142
3.8.1 Sniţování emisí halogenů v systémech odlučování tuhých částic ....................... 142
3.8.2 Sniţování emisí halogenů v systémech odsiřování spalin ................................... 142
3.8.3 Sniţování emisí halogenů v systémech redukce NOx .......................................... 143
3.9 Sniţování emisí skleníkových plynů z velkých spalovacích zařízení .................... 143
3.9.1 Sniţování emisí oxidu uhličitého zvýšením tepelné účinnosti .............................. 143
3.9.2 Technické moţnosti odstraňování CO2 ze spalin ................................................. 146
3.10 Techniky k redukci znečištění vypouštěného do vody ........................................ 147
3.10.1 Odpadní voda z úpraven odebírané vody ............................................................ 148
3.10.2 Odpadní voda ze systémů chladících okruhů ...................................................... 148
3.10.3 Odpadní voda z ostatních zdrojů při výrobě páry ............................................... 149
3.10.4 Odpadní voda ze systémů čištění spalin ............................................................. 149
3.10.5 Odpadní voda ze sociálních zařízení .................................................................. 151
3.10.6 Techniky k úpravě odpadních vod ...................................................................... 151
3.10.7 Ostatní odpadní vody ......................................................................................... 152
3.11 Techniky ke sniţování znečištění půdy .................................................................. 153
xxi
3.12 Opatření ke sníţení emisí hluku ............................................................................. 155
3.12.1 Základní moţnosti .............................................................................................. 155
3.12.2 Hluk vznikající na konstrukci ............................................................................ 155
3.12.3 Hluk z vedení a potrubí ..................................................................................... 156
3.12.4 Tlumiče ............................................................................................................... 156
3.12.5 Hluk ze strojních zařízení ................................................................................... 156
3.12.6 Závěry ................................................................................................................. 157
3.13 Chladící techniky ..................................................................................................... 157
3.14 Monitorování emisí a podávání zpráv ................................................................... 158 3.14.1 Druhy emisí ........................................................................................................ 158
3.14.2 Referenční podmínky a parametry ..................................................................... 159
3.14.3 Vzorkovací místa ................................................................................................ 159
3.14.4 Monitorování emisí ............................................................................................ 160
3.14.4.1 Kontinuální monitorování ........................................................................... 161
3.14.4.2 Jednorázová měření (diskontinuální) .......................................................... 161
3.14.4.3 Odhady emisí zaloţené na měření provozních parametrů .......................... 162
3.14.4.4 Emisní faktory ............................................................................................. 162
3.14.5 Sdělování údajů o emisích .................................................................................. 163
3.15 Nástroje vedení podniku k ochraně ţivotního prostředí ..................................... 164
3.15.1 BAT pro řízení s ochranou ţivotního prostředí .................................................. 172
3.16 Zavedení integrovaného přístupu k ochraně ţivotního prostředí jako celku .... 173
4 TECHNIKY SPALOVÁNÍ ČERNÉHO A HNĚDÉHO UHLÍ ......................................................... 175
4.1 Pouţívané postupy a techniky ................................................................................. 176
4.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s černým a hnědým uhlím a aditivy ............ 177
4. 1.1.1 Černé a hnědé uhlí ......................................................................................... 177
4.1.1.2 Přísady a reakční činidla ............................................................................... 177
4.1.2 Předběţná úprava černého a hnědého uhlí ............................................................ 178
4.1.3 Příprava paliva ....................................................................................................... 179
4.1.3.1 Příprava paliva při spalování prachového černého uhlí ................................ 179
4.1.3.2 Příprava paliva při spalování prachového hnědého uhlí ............................... 182
4.1.3.3 Příprava paliva pro spalování ve fluidním loţi (FBC) ................................... 183
4.1.3.4 Příprava paliva pro spalování na roštu (GF) ................................................. 184
4.1.4 Typy kotlů a generátor výroby páry (parogenerátor) ............................................ 184
4.1.4.1 Kondenzační zařízení elektráren ................................................................... 184
4.1.4.2 Spalování ve fluidním loţi (FBC) ................................................................. 188
4.1.4.3 Spalování v tlakovém fluidním loţi .............................................................. 192
4.1.4.4 Spalování na roštu .......................................................................................... 194
4.1.5 Integrovaný kombinovaný cyklus zplyňování (IGCC) ....................................... 195
4.1.6 Kogenerace (CHP) .............................................................................................. 197
4.1.7 Kombinovaný cyklus spalování .......................................................................... 198
4.1.8 Účinnost velkých spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí .............................. 198
4.1.8.1 Účinnost kotle ................................................................................................ 198
4.1.8.2 Techniky ke zvýšení účinnosti kotle na černé uhlí ........................................ 198
4.1.9 Sniţování emisí do ovzduší z velkých spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí
........................................................................................................................................ 199
4.1.9.1 Sniţování emisí ze spalování prachového paliva .......................................... 199
4.1.9.2 Sniţování emisí ze spalování ve fluidním loţi .............................................. 208
4.1.9.3 Sniţování emisí ze spalování na roštu ............................................................ 209
4.1.10 Voda a úprava odpadní vody .............................................................................. 209
4.1.11 Úprava odpadních zbytků ze spalování a vedlejších produktů ........................ 210
xxii
4.2 Příklady pouţívaných postupů a technik ............................................................... 212
4.2.1 Příklady jednotlivých pouţívaných technik ......................................................... 212
4.2.2 Příklady pouţitých technik ke zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích
zařízení na černé a hnědé uhlí na ţivotní prostředí ....................................................... 237
4.2.3 Příklady technik uplatněných u nových velkých spalovacích zařízení na černé a
hnědé uhlí ...................................................................................................................... 244
4.3 Současná spotřeba a úroveň emisí .......................................................................... 254
4.3.1 Černé a hnědé uhlí pouţívané ve velkých spalovacích zařízeních (LCP) ........... 254
4.3.2 Účinnost spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí .......................................... 257
4.3.3 Emise do ovzduší ................................................................................................. 262
4.3.3.1 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na černé uhlí ............................... 262
4.3.3.2 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí .............................. 264
4.3.3.3 Emise těţkých kovů ...................................................................................... 266
4.3.4 Emise do vody ze spalovacích zařízení na černé uhlí ......................................... 270
4.3.5 Emise do vody ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí .......................................... 274
4.3.6 Odpadní zbytky ze spalování a vedlejší produkty ................................................ 275
4.3.7 Emise hluku ........................................................................................................... 279
4.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování černého a hnědého
uhlí ..................................................................................................................................... 280
4.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem ............................... 281
4.4.2 Techniky pro předúpravu paliva ........................................................................... 282
4.4.3 Techniky ke zvýšení účinnosti a vyuţití paliva .................................................... 283
4.4.4 Techniky k prevenci a sniţování prachu a emisí těţkých kovů vázaných na pevné
částice ............................................................................................................................. 285
4.4.5 Techniky k prevenci a sniţování emisí SO2 .......................................................... 286
4.4.6 Techniky k prevenci a sniţování emisí NOx a N2O .............................................. 288
4.4.7 Techniky k prevenci a sniţování znečištění vody ................................................. 290
4.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) ke spalování černého a hnědého uhlí ........... 291
4.5.1 Úvod ...................................................................................................................... 291
4.5.2 Vykládka, skladování a manipulace s palivem a aditivy ...................................... 293
4.5.3 Předúprava paliva .................................................................................................. 293
4.5.4 Spalování ............................................................................................................... 294
4.5.5 Tepelná účinnost .................................................................................................. 294
4.5.6 Prach ..................................................................................................................... 296
4.5.7 Těţké kovy ............................................................................................................ 298
4.5.8 Emise SO2 ............................................................................................................. 299
4.5.9 Emise NOx ............................................................................................................ 302
4.5.10 Oxid uhelnatý (CO) ............................................................................................. 306
4.5.11 Fluorovodík (HF) a chlorovodík (HCl) .............................................................. 307
4.5.12 Čpavek (NH3) ..................................................................................................... 307
4.5.13 Znečištění vody .................................................................................................. 307
4.5.14 Odpadní zbytky ze spalování ............................................................................. 309
4.6 Techniky ve vývoji pro spalování černého a hnědého uhlí .................................... 310
4.6.1 Pilotní zařízení pro předsušení hnědého uhlí teplem o nízké teplotě .................. 310
4.6.2 Současně prováděné sniţování SOx, NOx a rtuti ................................................ 311
5 TECHNIKY PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY A RAŠELINY ....................................................... 312
5.1 Pouţité postupy a techniky ........................................................................................ 312
5.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s biomasou a rašelinou ............................... 312
5.1.1.1 Přeprava a manipulace s biomasou a rašelinou ............................................ 312
5.1.1.2 Přeprava a manipulace slámy ....................................................................... 313
xxiii
5.1.2 Předběţná úprava biomasy a rašeliny .................................................................. 314
5.1.3 Speciální hlediska při spalování a zplyňování biomasy a rašeliny ...................... 314
5.1.3.1 Spalování na roštu ......................................................................................... 314
5.1.3.2 Spalování slámy ............................................................................................ 316
5.1.3.3 Spalování práškové rašeliny .......................................................................... 316
5.1.3.4 Spalování ve fluidním loţi ............................................................................ 316
5.1.3.5 Zplyňování biomasy ...................................................................................... 318
5.1.3.6 Kogenerace (CHP) ........................................................................................ 319
5.1.3.7 Spoluspalování biomasy a fosilních paliv ..................................................... 320
5.1.4 Čištění spalin ....................................................................................................... 324
5.1.4.1 Sniţování emisí ze spalování na roštu ........................................................... 324
5.1.4.2 Sniţování emisí do ovzduší ze spalování prachové rašeliny ......................... 325
5.1.4.3 Sniţování emisí ze spalování biomasy a rašeliny ve fluidním loţi ............... 325
5.1.5 Voda a úprava odpadní vody ................................................................................ 328
5.1.6 Manipulace s odpadními zbytky ze spalování a vedlejšími produkty .................. 328
5.2 Příklady pouţitých postupů a technik .................................................................... 329
5.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na biomasu
a rašelinu ........................................................................................................................ 330
5.2.2 Zlepšení působení stávajících velkých spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu
na ţivotní prostředí ......................................................................................................... 331
5.2.3 Působení nových velkých spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu na ţivotní
prostředí .......................................................................................................................... 336
5.3 Současná spotřeba a úroveň emisí ........................................................................... 344
5.3.1 Přehled hmotnostních toků ................................................................................... 344
5.3.2 Přehled druhů biomasy a rašeliny pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních
........................................................................................................................................ 344
5.3.2.1 Biomasa ......................................................................................................... 344
5.3.2.2 Rašelina ......................................................................................................... 347
5.3.3 Účinnost spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu .......................................... 348
5.3.4 Emise do ovzduší ................................................................................................. 348
5.3.4.1 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na biomasu ................................. 348
5.3.4.2 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na rašelinu .................................. 350
5.3.5 Odpady ze spalování a další odpady ze zařízení ................................................... 351
5.3.6 Potenciální zdroje emisí hluku ............................................................................. 351
5.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování biomasy a rašeliny
............................................................................................................................................ 352
5.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem ................................ 353
5.4.2 Techniky pro předběţnou úpravu paliva ............................................................... 354
5.4.3 Techniky spalování .............................................................................................. 355
5.4.4 Techniky ke zvýšení účinnosti ............................................................................. 356
5.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů ........................ 357
5.4.6 Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 ze spalovacích zařízení na rašelinu
........................................................................................................................................ 357
5.4.7 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O ......................................... 358
5.4.8 Techniky pro prevenci a sníţené znečištění vody ................................................. 359
5.4.9 Techniky pro manipulaci, sniţování a opětné vyuţití odpadů ze spalování ........ 360
5.5 Nejlepší dostupné techniky BAT pro spalování biomasy a rašeliny .................... 361
5.5.1 Vykládka, skladování a manipulace s biomasou, rašelinou a aditivy .................. 363
5.5.2 Předběţná úprava paliva ....................................................................................... 364
5.5.3 Spalování .............................................................................................................. 364
xxiv
5.5.4 Tepelná účinnost .................................................................................................. 364
5.5.5 Prach ..................................................................................................................... 365
5.5.6 Těţké kovy ............................................................................................................ 366
5.5.7 Emise SO2 ............................................................................................................. 366
5.5.8 Emise NOx ............................................................................................................ 368
5.5.9 Oxid uhelnatý (CO) .............................................................................................. 370
5.5.10 Fluorovodík (HF) a chlorovodík (HCl) ............................................................. 370
5.5.11 Čpavek (NH3) ..................................................................................................... 371
5.5.12 Dioxiny a furany ................................................................................................. 371
5.5.13 Hluk .................................................................................................................... 371
5.5.14 Znečištění vody .................................................................................................. 371
5.5.15 Odpady ze spalování .......................................................................................... 372
5.6 Vývojové techniky pro spalování biomasy a rašeliny ........................................... 373
6 TECHNIKY SPALOVÁNÍ KAPALNÝCH PALIV ................................................................... 374
6.1 Pouţité postupy a techniky ....................................................................................... 374
6.1.1 Vykládka skladování a manipulace s kapalnými palivy ...................................... 374
6.1.2 Předběţná úprava kapalných paliv ....................................................................... 375
6.1.2.1 Předběţná úprava topného oleje pouţívaného v konvenčních kotlích ......... 375
6.1.2.2 Předběţná úprava kapalných paliv pouţívaných v plynových (spalovacích)
turbinách ..................................................................................................................... 375
6.1.2.3 Předběţná úprava kapalných paliv pro Dieselovy motory ............................ 376
6.1.3 Kotle spalující topný olej .................................................................................... 376
6.1.4 Průmyslové uplatnění spalovacích zařízení na olej (provozní ohřívák) .............. 378
6.1.5 Spalování ve fluidním loţi (fluidní spalování) ..................................................... 378
6.1.6 Vznětové (Dieselovy) motory .............................................................................. 378
6.1.7 Plynové (spalovací) turbiny na kapalné palivo ................................................... 380
6.1.8 Kogenerace (CHP) ............................................................................................... 381
6.1.9 Kombinovaný cyklus spalování ........................................................................... 381
6.1.10 Sniţování emisí do ovzduší ................................................................................ 382
6.1.10.1 Sniţování emisí do ovzduší z kotlů na kapalná paliva ................................ 382
6.1.10.2 Sniţování emisí do ovzduší z provozních ohříváků na kapalná paliva ....... 386
6.1.10.3 Sniţování emisí do ovzduší z motorů (Dieselových) na kapalná paliva ... 387
6.1.10.4 Sniţování emisí do ovzduší z plynových (spalovacích) turbin na kapalná
paliva .......................................................................................................................... 393
6.1.11 Úprava odebírané a odpadní vody ...................................................................... 394
6.1.12 Úprava odpadních zbytků ze spalování a vedlejších produktů ........................ 395
6.2 Příklady pouţitých postupů a technik ..................................................................... 396
6.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na kapalná
paliva .............................................................................................................................. 396
6.2.2 Zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích zařízení na kapalná paliva na
ţivotní prostředí .............................................................................................................. 398
6.2.3 Působení nových spalovacích zařízení na kapalná paliva na ţivotní prostředí ..... 404
6.3 Současná spotřeba a úrovně emisí ........................................................................... 409
6.3.1 Přehled kapalných paliv pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních ........... 409
6.3.2 Účinnost spalovacích zařízení na kapalná paliva .................................................. 411
6.3.2.1 Techniky ke zvýšení účinnosti kotlů na topný olej ....................................... 411
6.3.2.2 Spotřeba energie u pomocných zařízení ......................................................... 411
6.3.3 Emise do ovzduší .................................................................................................. 412
6.3.3.1 Emise do ovzduší ze zařízení kotlů na kapalná paliva ................................... 412
6.3.3.2 Sniţování emisí NOx z provozních ohříváků uţívaných v průmyslové praxi 413
xxv
6.3.3.3 Emise naměřené u zařízení s motory na kapalné palivo ................................ 413
6.3.3.4 Emise do vody ............................................................................................... 416
6.3.3.5 Odpady a odpadní zbytky .............................................................................. 416
6.3.3.6 Odpadní zbytky z úpravny odpadních vod ..................................................... 419
6.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování kapalných paliv . 421
6.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s kapalným palivem a aditivy . 422
6.4.2 Techniky pro zvýšení účinnosti kotlů na kapalná paliva ...................................... 423
6.4.3 Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů ......................... 424
6.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 ..................................................... 425
6.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O .......................................... 426
6.4.6 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody .............................................. 427
6.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spalování kapalných paliv ....................... 428
6.5.1 Vykládka, skladování a manipulace s kapalným palivem a aditivy ..................... 430
6.5.2 Předúprava kapalných paliv vyuţívaných v motorech a plynových turbinách .... 431
6.5.3 BAT pro kotle na kapalná paliva .......................................................................... 431
6.5.3.1 Tepelná účinnost ............................................................................................ 431
6.5.3.2 Emise prachu a těţkých kovů ........................................................................ 432
6.5.3.3 Emise SO2 ...................................................................................................... 434
6.5.3.4 Emise NOx ..................................................................................................... 436
6.5.3.5 Oxid uhelnatý (CO) ....................................................................................... 437
6.5.3.6 Čpavek (NH3) ................................................................................................ 437
6.5.3.7 Znečištění vody ............................................................................................. 438
6.5.3.8 Odpady ze spalování ..................................................................................... 439
6.5.4 BAT pro plynové (spalovací) turbiny na kapalná paliva ...................................... 440
6.5.5 BAT pro Dieselovy motory na kapalná paliva .................................................... 440
6.5.5.1 Tepelná účinnost ............................................................................................ 441
6.5.5.2 Emise prachu a těţkých kovů ......................................................................... 441
6.5.5.3 Emise SO2 ...................................................................................................... 442
6.5.5.4 Emise NOx .................................................................................................... 442
6.5.5.5 Emise CO (oxidu uhelnatého) a uhlovodíků ................................................ 443
6.5.5.6 Znečištění vody ............................................................................................. 443
6.6 Vývojové techniky ke spalování kapalných paliv .................................................. 444
7 TECHNIKY SPALOVÁNÍ PLYNNÝCH PALIV ..................................................................... 445
7.1 Pouţívané postupy a techniky .................................................................................. 445
7.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s plynnými palivy ....................................... 445
7.1.2 Plynové (spalovací) turbiny (GT) ........................................................................ 446
7.1.3 Vznětové motory .................................................................................................. 449
7.1.3.1 Záţehové motory ............................................................................................ 450
7.1.3.2 Motory na dvojí palivo .................................................................................. 450
7.1.3.3 Motory s vysokotlakým vstřikem plynu ......................................................... 451
7.1.3.4 Vyuţití plynových motorů při kogeneraci ..................................................... 451
7.1.4 Kotle na plyn a ohříváky ....................................................................................... 451
7.1.5 Spalování v kombinovaném (paroplynovém) cyklu ........................................... 452
7.1.5.1 Kombinovaný (paroplynový) cyklus bez přídavného spalování (klasický
cyklus) ........................................................................................................................ 455
7.1.6 Kogenerace (CHP) ............................................................................................... 458
7.1.7 Sniţování emisí do ovzduší z plynových turbin a kombinovaných cyklů ........... 460
7.1.7.1 Sniţování emisí prachu ................................................................................. 460
7.1.7.2 Sniţování emisí SO2 .................................................................................... 461
7.1.7.3 Sniţování emisí NOx ................................................................................... 461
xxvi
7.1.8 Redukce emisí NOx z motorů vznětových a na dvojí palivo (v reţimu plynu) ... 467
7.1.9 Sniţování emisí NOx z plynových kotlů ............................................................. 468
7.1.10 Úprava odebírané i odpadní vody .................................................................... 468
7.1.11 Sniţování emisí hluku ........................................................................................ 469
7.1.12 Spalovací zařízení na plovoucích plošinách ....................................................... 469
7.1.12.1 Sniţování emisí do ovzduší z plynových turbin na plovoucích plošinách .. 471
7.1.12.2 Účinnost plynových (spalovacích) turbin na plovoucích plošinách ............ 473
7.2 Příklady pouţívaných postupů a technik ................................................................ 474
7.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na plyn .. 474
7.2.2 Zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích zařízení na plyn na ţivotní
prostředí .......................................................................................................................... 483
7.2.3 Působení nových spalovacích zařízení na plyn na ţivotní prostředí ................. 485
7.2.4 Techniky ke zlepšenému působení spalovacích zařízení provozovaných na
plovoucích plošinách na ţivotní prostředí ...................................................................... 492
7.3 Současná spotřeba a hladiny emisí ........................................................................ 501
7.3.1 Přehled hmotných toků ......................................................................................... 501
7.3.2 Přehled plynných paliv pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních ............ 501
7.3.3 Účinnost spalovacích zařízení na plynná paliva .................................................. 502
7.3.4 Emise do ovzduší ................................................................................................. 504
7.3.5 Emise do vody ...................................................................................................... 508
7.3.6 Odpady ze spalování a ostatní odpady ze zařízení ............................................. 508
7.3.7 Emise hluku .......................................................................................................... 509
7.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování plynných paliv .. 510
7.4.1 Techniky pro dodávku a manipulaci s plynným palivem a kapalnými aditivy .... 511
7.4.2 Techniky ke zvýšení účinnosti kotlů a turbin na plynné palivo ............................ 512
7.4.3 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a CO ........................................... 513
7.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody ............................................. 514
7.4.5 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro zařízení na plovoucích
plošinách ......................................................................................................................... 515
7.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spalování plynných paliv ........................ 517
7.5.1 Dodávka a manipulace s plynnými palivy a aditivy ............................................ 518
7.5.2 Tepelná účinnost spalovacích zařízení na plyn .................................................... 519
7.5.3 Emise prachu a SO2 ze spalovacích zařízení na plyn ........................................... 521
7.5.4 Emise NOx a CO ze spalovacích zařízení na plyn ............................................... 521
7.5.4.1 Znečištění vody ............................................................................................. 525
7.5.4.2 Odpady ze spalování ..................................................................................... 525
7.5.5 BAT pro spalovací zařízení provozovaná na plovoucích plošinách .................... 525
7.6 Vývojové techniky pro spalování plynných paliv ................................................... 528
7.6.1 Katalytické spalování ............................................................................................ 528
7.6.2 Chlazení parou ...................................................................................................... 528
7.6.3 Další moţnosti vývoje .......................................................................................... 529
7.6.4 Moţnosti volby rekuperace .................................................................................. 529
7.6.4.1 Vloţené chlazení plynové turbiny při rekuperaci ......................................... 529
7.6.4.2 Cyklus HAT (turbina s vlhčeným vzduchem) ............................................... 530
7.6.4.3 Proces TOPHAT .......................................................................................... 530
7.6.4.4 Cyklus CHAT ................................................................................................ 530
8 SPALOVÁNÍ ODPADŮ A DRUHOTNÉHO PALIVA ................................................................ 533
8.1 Praktické procesy a techniky, kterých se pouţívá při spoluspalování druhotných
paliv ve velkých spalovacích zařízeních ......................................................................... 534
8.1.1 Schválené a předběţně přijaté postupy ................................................................. 534
xxvii
8.1.2 Vykládka, skladování a manipulace ...................................................................... 534
8.1.3 Předběţná úprava sekundárních paliv .................................................................. 535
8.1.3.1 Mletí .............................................................................................................. 535
8.1.3.2 Předběţné spálení ........................................................................................... 536
8.1.3.3 Sušení ............................................................................................................ 536
8.1.3.4 Pyrolýza ......................................................................................................... 536
8.1.3.5 Zplyňování .................................................................................................... 537
8.1.3.6 Obohacování metanem .................................................................................. 540
8.1.4 Techniky přísunu druhotných paliv do spalovacího procesu ............................... 540
8.1.4.1 Promíchání s hlavním palivem ...................................................................... 541
8.1.4.2 Samostatné trysky nebo upravené stávající hořáky ...................................... 542
8.1.4.3 Speciální rošty ............................................................................................... 542
8.1.4.4 Přísun druhotných paliv do kotle s fluidním loţem ...................................... 543
8.1.5 Spoluspalování druhotných paliv ......................................................................... 544
8.1.6 Sniţování emisí do ovzduší ze spoluspalování druhotného paliva ...................... 544
8.1.7 Úprava odebírané a odpadní vody ....................................................................... 545
8.1.8 Manipulace s odpadními zbytky ze spalování a s vedlejšími produkty .............. 545
8.2 Příklady spoluspalování druhotného paliva ........................................................... 546
8.3 Současná spotřeba a úroveň emisí při spoluspalování druhotného paliva ve
velkých spalovacích zařízeních ....................................................................................... 555
8.3.1 Přehled druhotných paliv spoluspalovaných ve velkých spalovacích zařízeních 555
8.3.2 Mnoţství druhotného paliva spoluspalovaného ve velkém spalovacím zařízení . 558
8.3.3 Všeobecné účinky spoluspalování druhotného paliva ........................................ 560
8.3.4 Dopady spoluspalování na účinnost zařízení ...................................................... 560
8.3.5 Vliv spoluspalování na výkon zařízení ................................................................ 561
8.3.6 Dopady spoluspalování na emise do ovzduší ...................................................... 562
8.3.6.1 Tuhé znečišťující látky ................................................................................... 563
8.3.6.2 Kyselé plyny ................................................................................................... 563
8.3.6.3 Oxidy uhlíku ................................................................................................... 563
8.3.6.4 Halogeny ........................................................................................................ 563
8.3.6.5 Oxidy dusíku .................................................................................................. 563
8.3.6.6 Oxidy síry ....................................................................................................... 564
8.3.6.7 Těkavé organické sloučeniny (VOC) a dioxiny ........................................... 564
8.3.6.8 Kovy ............................................................................................................... 564
8.3.6.9 Kouřová vlečka ............................................................................................. 565
8.3.6.10 Zápach ......................................................................................................... 566
8.3.7 Účinky spoluspalování na emise do vody ........................................................... 566
8.3.8 Dopady spoluspalování na jakost odpadů ze spalování a vedlejších produktů ... 566
8.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spoluspalování odpadu a
druhotných paliv .............................................................................................................. 569
8.4.1 Techniky pro skladování a manipulaci s prašným nebo zapáchajícím druhotným
palivem ........................................................................................................................... 570
8.4.2 Techniky pro předběţnou úpravu druhotného paliva ............................................ 571
8.4.3 Techniky pro přísun druhotného paliva do procesu spalování ............................. 572
8.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování emisí do ovzduší při spoluspalování druhotného
paliva .............................................................................................................................. 573
8.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody při spoluspalování druhotného
paliva .............................................................................................................................. 575
8.4.6 Techniky ke sníţení dopadu spoluspalování na vznikající odpady a vedlejší
produkty ......................................................................................................................... 576
xxviii
8.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spoluspalování odpadu a druhotných paliv
............................................................................................................................................ 577
8.5.1 Schválená a předběţně přijatá kritéria ................................................................. 579
8.5.2 Skladování a manipulace s druhotným palivem ................................................... 579
8.5.3 Předběţná úprava druhotného paliva ................................................................... 579
8.5.4 Přísun druhotného paliva do spalovacího procesu ............................................... 579
8.5.5 Emise do ovzduší ................................................................................................. 579
8.5.6 Znečištění vody .................................................................................................... 581
8.5.7 Odpady ze spalování a vedlejší produkty ............................................................ 581
8.6 Techniky ve vývoji pro spalování odpadu a druhotných paliv ............................. 581
9 ZÁVĚREČNÝ KOMENTÁŘ ............................................................................................... 583
9.1 Časový sled práce ..................................................................................................... 583
9.2 Zdroje informací ....................................................................................................... 583
9.3 Míra shody ................................................................................................................. 584
9.4 Doporučení pro budoucí práci ................................................................................. 585
LITERATURA .......................................................................................................................... 583
VYSVĚTLIVKY ........................................................................................................................ 583
10 PŘÍLOHY ..................................................................................................................... 617
10.1 Příloha 1: Principy spalovacích cyklů (pracovních oběhů) a pojetí účinnosti ... 617
10.1.1 Principy termodynamiky .................................................................................... 617
10.1.1.1 První zákon termodynamiky ...................................................................... 617
10.1.1.2 Druhý zákon termodynamiky ...................................................................... 617
10.1.1.3 Entalpie a entropie ....................................................................................... 618
10.1.1.4 Pojetí reversibility (vratnosti) ..................................................................... 618
10.1.1.5 Ideální cyklus (Carnotův cyklus) ............................................................... 619
10.1.1.6 Vlastnosti páry (voda - pára) ...................................................................... 620
10.1.2 Rankinův cyklus jako standardní cyklus pro parní elektrárny ........................... 621
10.1.2.1 Externí faktory ireversibilního Rankinova cyklu ....................................... 622
10.1.2.2 Zlepšení účinnosti Rankinova cyklu ........................................................... 623
10.1.2.3 Přihřívání ................................................................................................... 626
10.1.2.4 Regenerace .................................................................................................. 626
10.1.3 Joulův nebo Braytonův cyklus jako standardní cyklus pro plynové turbiny ..... 627
10.1.3.1 Ideální Braytonův cyklus ............................................................................. 627
10.1.3.2 Skutečný (neideální) Braytonův cyklus ...................................................... 629
10.1.3.3 Regenerace ................................................................................................. 630
10.1.3.4 Chlazení mezi stupni kompresoru ............................................................... 631
10.1.3.5 Přihřívání u turbiny .................................................................................... 632
10.1.4 Kombinované (paroplynové) cykly ................................................................... 632
10.1.5 Kogenerace (CHP) ........................................................................................... 634
10.2 Příloha 2: Technické moţnosti odstraňování CO2 ze spalných plynů ................ 636
10.2.1 Absorpční techniky k odstraňování CO2 ze spalin ............................................. 636
10.2.2 Adsorpční techniky k odstraňování CO2 ze spalin ............................................ 637
10.2.3 Kryogenní techniky k odstraňování CO2 ze spalin ............................................ 637
10.2.4 Membránové techniky k odstraňování CO2 ze spalin ....................................... 637
10.2.5 Carnolova technika k odstraňování CO2 ze spalin ............................................ 638
10.2.6 Porovnání různých moţností volby při odstraňování CO2 ................................. 638
xxix
Rozsah a uspořádání dokumentu
Tento referenční dokument zahrnuje obecně v souladu s přílohou I směrnice IPPC spalovací
zařízení se jmenovitým tepelným příkonem převyšujícím 50 MW; o zařízení s tepelným
příkonem niţším neţ 50 MW se však bude pojednávat tam, kde to bude relevantní z
technického hlediska, protoţe k takovému zařízení se mohou eventuelně přidávat menší
jednotky a sestavit tak jedno větší zařízení převyšující 50 MW. To znamená, ţe se tato práce
týká všech typů konvenčních zařízení na výrobu energie (např. uţitkových kotlů, závodů
kombinované výroby tepla a elektřiny, zařízení k rozvodu tepla atd.), která se vyuţívají k
mechanické energii a k výrobě tepla. Průmyslová spalovací zařízení se zařazují jen tehdy,
vyuţívají-li konvenční palivo. Indikátorem identifikace konvenčního paliva bývá komerční
dostupnost dotyčného paliva na trhu. Kritériem pro klasifikaci paliva, jakoţto konvenčního, je
známé sloţení, které zůstává relativně konstantní a obvykle se skutečně stává normou. Za
konvenční paliva se povaţují černé a hnědé uhlí, biomasa, rašelina, kapalná a plynná paliva
(včetně vodíku a bioplynu).
Tento dokument BREF o velkých spalovacích zařízeních se netýká následujících spalovacích
zařízení v průmyslových lokalitách jako jsou například:
spalovací zařízení, která pouţívají jako palivo odpadní zbytky z provozovaných procesů
nebo vedlejší produkty, např. kotel na natronový výluh pouţívaný v průmyslu buničiny a
papíru nebo spalovací zařízení vyuţívající topný plyn z rafinerií a kapalná paliva, která se
nemohou jako specifikovaná paliva prodávat na trhu paliv
zařízení, v němţ je spalovací pochod nedílnou součástí specifické výroby, např. koksovací
pec vyuţívaná v průmyslu ţeleza a oceli nebo zařízení v průmyslu buničiny a papíru, či
cementářské pece vyuţívané při výrobě cementu.
V současné době se v některých spalovacích zařízeních v Evropě v praxi vyuţívá
spoluspalování určitého procentuálního mnoţství druhotného paliva jako je odpad, palivo
získané vhodnou úpravou, čistírenský kal nebo palivo na bázi biomasy (kontaminované
dřevo).
V důsledku moţných rozdílů v procesu spalování při pouţití těchto paliv se rozhodlo popsat
spoluspalování v samostatné kapitole tohoto dokumentu BREF (tj. v kapitole 8).
V rámci rozsahu tohoto BREF se předpokládá, ţe druhotná paliva projdou před svým vstupem
do velkého spalovacího zařízení předběţnou úpravou, coţ obvykle v prvé řadě znamená
oddělení spalitelných částí od částí nespalitelných. O problémech takové předúpravy ( např.o
třídění, drcení, přípravě) se pojednává v BREF o úpravě odpadu.
Velká spalovací zařízení se klasifikují a provozují podle potřeb a poţadavků, které se na ně
kladou a rozdělují se na zařízení o nízkém zatíţení, středním zatíţení a špičkovém zatíţení.
Jejich zatíţení můţe kolísat od částečného aţ po zatíţení plné. Také jejich doba provozu se
můţe lišit právě od několika hodin výroby energie za rok aţ po plnou provozní dobu.
Z ohledem na tuto širokou variabilitu, není moţné, aby tento BREF poskytl závěry o BAT pro
kaţdý z rozličných způsobů provozu.
xxx
BREF se dotýká nejen spalovací jednotky, ale také činností, které jsou přímo spojeny
s procesem spalování a to bezprostředně před ním a po něm. To znamená, ţe tento dokument
popisuje např. manipulaci s palivem, stejně jako úpravu odpadního plynu, manipulaci
s odpadními zbytky ze spalování a úpravu odebírané (surové) vody.
V Evropě se rozlišuje odvětví výroby elektřiny a odvětví výroby tepla. Výroba energie za
pouţití fosilních paliv je zaloţena na celé paletě paliv, která se obecně mohou klasifikovat
podle stavu svého skupenství na pevná (tuhá), kapalná a plynná. Tento BREF proto popisuje
postupně palivo po palivu, ale obecné aspekty a techniky se uvádějí společně ve třech
úvodních kapitolách. Uspořádání tohoto dokumentu BREF znázorňuje následující schéma.
Uspořádání dokumentu BREF o velkých spalovacích zařízeních
Pouţité postupy a techniky
Současná spotřeba a úrovně emisí Tyto podkapitoly se
Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT uvádějí u kaţdého z
Nejlepší dostupné techniky z 5-ti výše uvedených
Techniky ve vývoji (nebo právě objevené) druhů paliv
Obecné informace
Obvyklé techniky pro výrobu energie
Společné postupy a techniky
ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení
černé a hnědé
uhlí
biomasa a
rašelina
kapalná
paliva
plynná
paliva
spoluspalování
odpadu a
druhotného
paliva
1
1 Všeobecné informace
1.1 Přehled o průmyslovém odvětví
Růst světové spotřeby komerčně vyuţívané primární energie (uhlí, nafty, plynu) byl v 60.
letech velmi ţivý, při průměrném ročním 5 % zvýšení v letech 1960 aţ 1973. Po první ropné
krizi ale prodělal pomalý zřetelný pokles ( růst se sníţil v letech 1973 – 1979 na + 3,1 % za
rok) a dokonce se po 2. ropné krizi v roce 1979 zcela propadl (v letech 1979 – 1982 se
spotřeba propadla aţ na – 0,7 % za rok).
Od roku 1983 a zejména po roce 1986 po zotavení se z ropných krizí, (coţ se odrazilo ve
sníţení cen ropy na polovinu) a s návratem silnějšího ekonomického růstu v průmyslových
zemích, se růst spotřeby energie znovu vrátil na vyšší úroveň ( + 3 % v letech 1983 – 1989).
Po stagnaci v roce 1990 a následném zvýšení asi o 0,5 % v roce 1991 zůstala v roce 1992
světová potřeba energie zhruba konstantní, ale se značnými regionálními protiklady tj.
mírným růstem v USA (+ 1,8 %), značným růstem v Asii (+ 5 %), podstatným poklesem ve
východní Evropě (- 8 %) a praktickou stagnací v západní Evropě /4, OSPAR, 1997/.
Obr. 1.1 ukazuje celosvětové zdroje energie v odvětví energetiky v roce 1995.
Obr. 1.1: Celosvětové energetické zdroje v odvětví výroby energie (1995)
/32, Rentz, a kol.,1999/
Asi polovina celosvětově získané elektřiny se vyrábí z různých fosilních paliv, přičemţ 30 %
se vyrobilo z uhlí /133, Strömberg, 2001/
Obrázek 1.2 ukazuje hlavní rozdíly mezi různými oblastmi světa v roce 1997 ve vyuţívání
různých zdrojů energie, které se pouţily při výrobě elektřiny.
2
Obr. 1.2: Spotřeba energie při výrobě elektřiny podle paliva (1997) /105, Steen, 2001/
V roce 1997 existovalo v regionu 1214 společností, které vyráběly elektrickou a tepelnou
energii v celé Evropské unii. Kromě toho existovalo asi 590 průmyslových společností,
provozujících průmyslové spalovací závody s výrobou elektřiny a tepelné energie, aby
uspokojily potřebu svých vlastních závodů.
V roce 1997 rovněţ nějakých 90 % veškeré výroby elektrické energie v EU asi celkových
2423 TWh produkovaly závody vlastněné velkými energetickými společnostmi a pouze
okolo 10 % přispívala průmyslová spalovací zařízení.
Ačkoliv v Evropské unii provozovalo sítě vysokého napětí a velmi vysokého napětí
k přenosu elektřiny pouze 35 společností, provádělo rozvod elektřiny ke konečnému
spotřebiteli 2050 společností (stav 1997).
V roce 1997 činila v celé Evropě instalovaná kapacita závodů celkem asi 580 GW
(registrovaná jako „čistý elektrický výkon“) včetně asi 307 GW (asi 53 %) z konvenčních
tepelných elektráren. Tabulka 1.1 ukazuje rozdělení závodů výroby elektrické energie podle
různých typů.
3
Tab. 1.1: Instalovaný elektrický výkon v 15 členských státech EU
/58, Eurelectric, 2001/
Typ elektrárny GW % z celku
Elektrárny spalující
fosilní palivo
pára 249,679 43,03
plynové turbiny 25,310 4,36
kombinované cykly 25,776 4,44
vnitřní spalování 5,873 1,01
Jaderné elektrárny 124,151 21,40
Vodní elektrárny celkový instalovaný výkon 116,189 20,02
přečerpávaná zásoba 29,686 5,12
Geotermální 0,539 0,1
Větrné 3,024 0,51
Celkový výkon ze všech instalovaných zařízení 580,227
V EU se vyuţívají k výrobě elektrické a tepelné energie všechny dostupné energetické
zdroje. Druh paliva, kterého se v kaţdém členském státě EU pouţívá k výrobě energie značně
ovlivňují přírodní zdroje paliva jako je dostupnost černého a hnědého uhlí, zemního plynu
nebo nafty v místní lokalitě nebo ve státě. Například v Řecku a v částech Německa a Polska
jsou pro výrobu energie k dispozici značné přírodní zdroje hnědého uhlí včetně lignitu. Ve
Finsku a Irsku je například důleţitým domácím zdrojem energie rašelina a proto je důleţitým
úhelným kamenem státní energetické politiky. Ve Francii, kde se provozují jaderné
elektrárny, které obstarávají hlavní část energetické potřeby státu, se vyuţití fosilního paliva
výrazně omezuje na malý počet zařízení o špičkovém zatíţení.
Spalovací zařízení, jako velká uţitková zařízení nebo průmyslové spalovací závody, které
poskytují elektřinu, páru nebo teplo procesům průmyslové výroby, se v EU vyuţívají podle
potřeb a poţadavků svých vlastníků. Velká spalovací zařízení se rozdělují a provozují podle
potřeb a poţadavků, které se na ně kladou. V průmyslu poskytujícího elektřinu se tedy
rozdělují na zařízení o nízkém, středním a špičkovém zatíţení. Můţe se jich také pouţít při
najíţdění reservy energetických závodů ( hlavně plynových turbin, které se provozují jako
záloţní jednotky) tj. zařízení, která se provozují pouze tehdy, kdyţ mají zabezpečit stabilitu
sítě pro hustě obydlené městské oblasti nebo jako pohotovostní jednotky. V tomto ohledu
můţe jejich zatíţení kolísat od částečného zatíţení po zatíţení plné a jejich hodiny provozu se
také mohou měnit právě od několika hodin výroby energie za rok aţ po plnou dobu provozu.
Pouţívaná fosilní paliva jsou následující: černé uhlí (antracit), hnědé uhlí včetně lignitu, ropné
produkty, zemní plyn, druhotné plyny, biomasa a rašelina a další paliva (např. dehet, bitumen,
naftový koks). Jaderná energie je druhým největším zdrojem výroby elektrické energie
s podílem asi 35 %. Obnovitelné zdroje energie - mezi nimi zejména výroba ve vodních
elektrárnách se podílejí na celku přibliţně 14 % (viz tab. 1.2).
4
Tab. 1.2 : Hrubá výroba elektrické energie v členských státech EU v roce 1997
/58, Eurelectric, 2001/
Typ paliva Celková hrubá
výroba elektřiny
(GWh)
% z celku
Elektrárny
spalující fosilní
palivo
černé uhlí (antracit) 471 797 19,5
hnědé uhlí, lignit 183 140 7,6
ropné produkty 185 755 7,7
zemní plyn 332 331 13,7
druhotné plyny 27 793 1,1
ostatní paliva 7 707 0,3
Biomasa a rašelina 27 283 1,1
Jaderné 859 894 35,5
Vodní 316 116 13,0
Geotermální 3 957 0,2
Větrné 6 909 0,3
Celková hrubá výroba 2 422 682
Čistá výroba dodávaná do sítě se uvádí ve výši asi 2 300 000 GWh (2300 TWh). Vlastní
spotřeba elektráren pro pomocná zařízení tak činí okolo 5,1 %.
Konvenční výroba elektřiny z tepelných elektráren činí více neţ 50 % vyrobené elektřiny a v
Evropě převaţuje. Testování vývoje jednotlivých zdrojů energie pouţívaných v elektrárnách
od roku 1990 však odráţí během období důraznou změnu evropské energetické politiky tj.
vzrůstající vliv rozhodnutí o politice ochrany ţivotního prostředí. Tedy zatímco mnoţství
elektřiny vyrobené z fosilních energetických zdrojů vzrostlo asi o 16 % a potřeba se zvýšila
asi o 14 %, vykazuje mnoţství elektrické energie vyrobené z obnovitelných energetických
zdrojů (včetně vodních elektráren a biomasy) nadprůměrný růst, asi 20 %.
V široké paletě fosilních energetických zdrojů pouţívaných k výrobě elektrické energie
existuje velmi rozdílný vývoj:
Během doby zpracování přehledu (1990 – 1997) poklesla spotřeba černého uhlí (antracitu)
asi o 14 %, kdeţto zemní plyn vykázal nárůst o 134 % a u hnědého uhlí a lignitu se zvýšila o
49 %; zvýšení u hnědého uhlí a lignitu se však můţe připsat pouze začlenění závodů
z dřívějšího Východního Německa po sjednocení obou německých zemí.
Tabulky 1.3 a 1.4 poskytují souhrn nejdůleţitějších číselných hodnot, které se týkají výroby
a spotřeby energie v Evropské unii.
5
T
abu
lka
1.3
: S
ouh
rnná
bil
ance
ener
gie
v E
vro
pě
v l
etec
h 1
99
0 aţ
2030
( o
dhad
y p
ersp
ekti
vy
ener
gie
do b
udoucn
ost
i)
/77
,IE
PE
/IP
TS
,2000/
Evro
psk
á u
nie
: S
ou
hrn
en
erg
etic
ké
bil
an
ce
Mez
iro
ční
změn
y
20
00
/20
3
0
%
-0,1
1,8
1,9
-1,3
0,6
1
,4
0,5
0,6
-0,9
-0,4
-4,8
-1,4
0,1
0,4
0,6
2,8
1,6
2,1
1,0
2,5
0,0
0,5
0,9
0,2
0,7
0,5
20
20
/20
3
0
-0,2
1,4
1,7
-1,1
0,6
1
.6
0,5
0,7
-0,3
0,4
-1,9
-1,9
0,3
0,3
0,6
2,6
0,7
2,5
0,1
1,0
0,0
0,3
1,7
-0,1
-0,1
0,6
20
10
/20
2
0
-0,1
1,9
2,1
-1,3
0,8
1
,7
0,9
1,0
-0,3
0,4
-5,4
0,2
-0,2
0,4
0,6
2,9
1,2
3,4
1,0
0,6
0,0
0,6
2,1
0,4
0,4
0,3
20
00
/20
1
0
0,0
2,1
2,1
-1,6
0,4
1
,0
0,3
0,2
-2,0
-2,1
-6,9
-2,4
0,2
0,5
0,5
2,8
2,7
0,4
2,1
6,1
0,0
0,5
-0,9
0,2
1,6
0,5
19
97
/20
0
0
0,1
2,7
2,6
-1,7
0,8
0
,0
1,7
1,6
2,2
-0,3
0,8
6,1
3,2
0,2
0,5
-9,7
1,2
3,2
0,4
4,5
n.d
.
1,0
1,3
0,5
5,5
-3,5
19
90
/19
9
7
0,3
1,5
1,1
-0,5
0,6
1
,2
-0,2
-0,5
n.d
.
-7,1
4,1
4,6
2,6
1,9
-0,2
n.d
.
0,4
1,0
0,1
4,0
-16
,3
1,0
-4,3
1,1
4,3
n.d
.
20
30
36
2,4
13
99
6,1
38
,6
12
0,1
4,6
9
,9
10
57
,4
2,9
59
5,4
11
0.1
38
,7
14
0,3
21
1,0
31
,0
20
,4
43
,9
10
85
,0
19
7,4
60
2,8
28
4,9
-0,1
16
80
,4
30
7,4
64
1,5
42
5,2
30
6,3
20
20
37
1,6
12
15
7,1
32
,7
13
3,5
4,4
8
,4
101
0,0
2,7
61
2,1
10
5,8
47
,1
17
0,6
20
4,9
30
,2
19
,2
34
,1
10
11
,1
15
4,9
59
9,3
25
6,9
-0,7
16
23
,2
26
0,7
64
6,4
42
7,6
28
8,5
20
10
37
6,3
10
03
2,5
26
,7
15
2,0
4,1
7
,1
92
7,4
2,5
63
1,7
10
1,4
82
,1
16
7,0
20
8,4
29
,0
18
,2
25
,6
89
3,2
11
0,3
54
0,7
24
2,3
-0,1
15
24
,9
21
1,7
62
2,7
40
9,3
28
1,1
20
00
37
5,7
81
63
,8
21
,7
17
8,4
3,9
6
,4
90
3,0
2,4
77
4,6
12
5,6
16
7,4
21
3,9
20
3,4
27
,6
17
,3
19
,4
68
1,8
10
6,4
44
1,1
13
4,3
-0,1
14
56
,4
23
2,0
60
8,6
34
8,2
26
7,6
1997
374,1
7529,4
20,1
187,8
3,8
6,4
858,5
2,3
725,2
126,6
163,5
179,3
184,9
27,5
17,0
26,4
658,2
96,9
435,9
117,6
0,7
1413,8
223,5
599,4
296,9
297,6
1990
365,3
6806,1
18,6
194,0
3,6
5,9
869,4
2,4
n.d
.
212,8
123,7
131,2
154,8
24,0
17,2
n.d
.
639,6
90,2
432,8
89,4
2,3
1320,6
303,0
556,5
220,6
n.d
.
6
Ob
yv
atel
stv
o (
mil
.)
HD
P (
$95 x
10
9 p
pa)
HD
P/o
by
v.(
$95 x
10
3)
Hru
bá
do
m.
spo
tř.
/HD
P (
t/$
95 x
10
3)
Hru
bá
do
mác
í
spo
tř./
ob
yv
. (t
/ob
yv
.)
Vý
r.el
ektř
/ob
yv
.(k
Wh
)
Em
ise
CO
2 (
mil
.t C
)
Em
ise
CO
2/o
by
v. (t
C)
Prv
ov
ýro
ba
(mil
.tu
n)
Pev
ná
pal
iva
Top
né
ole
je
Zem
ní
ply
n
Jad
ern
é p
aliv
o
Vod
ní
+ g
eote
rmál
ní
Kla
sick
á b
iom
asa
Ost
atn
í o
bn
ov
. zd
roje
Čis
té d
ov
ozy
(m
il.t
un
)
Pev
ná
pal
iva
Top
né
ole
je (
naf
ta)
Zem
ní
ply
n
Ele
ktř
ina
Hru
bá
do
mác
í
spo
tř.(
mil
.t)
Pev
ná
pal
iva
Top
né
ole
je (
naf
ta)
Ply
n
ost
atn
í
Tab. 1.4: Souhrnná evropská energetická bilance od roku 1990 s odhadem prognózy vývoje
do roku 2030 / 77, IEPE/IPTS, 2000/.
EVROPSKÁ UNIE: Souhrn energetické bilance
rok 1990 1997 2000 2010 2020 2030
Výroba elektřiny (TWh) 2164,9 2444,0 2463,9 2732,1 3193,9 3646,9
Tepelná z níţ : 1153,6 1218,4 1275,3 1479,2 1890,1 2258,3
čistě z uhlí n.d. n.d. 0,0 166,7 457,2 801,7
plynové turbiny 46,2 149,0 263,6 444,2 544,8 642,1
biomasa 14,8 24,2 27,3 31,9 35,6 38,3
Jaderná 720,2 859,9 803,9 823,8 816,5 855,9
Vodní a geotermální 279,3 319,5 321,4 337,4 351,6 361,0
Sluneční 0,0 0,0 0,2 2,2 7,4 11,9
Větrná 0,2 7,5 15,2 35,7 72,4 103,8
Malé vodní elektrárny 11,6 38,7 48,0 53,7 55,9 56,0
CHP (kombinovaný cyklus) 56,6 226,0 177,5 236,8 247,8 230.7
Výrobní kapacita (GWel.) 392,3 546,5 593,9 743,0 840,4 946,4
tepelná 192,0 300,8 338,9 471,6 541,9 621,9
jaderná 92,4 124,0 124,0 120,0 118,4 123,7
vodní + geotermální 105,5 110,6 112,3 118,9 124,0 127,5
sluneční+větrná+malé vodní el. 2,4 11,2 18,7 32,5 56,1 73,2
koeficient průměrného zatíţení (%) 62,7 50,2 46,4 41,1 42,5 43,2
přívod paliva pro výrobu tepelné
energie (mil. t)
n.d. 292,7 291,4 299,7 365,1 416,3
pevná paliva n.d. 187,4 192,1 178,6 230,6 281,5
topný olej 43,5 39,9 31,5 28,2 29,2 24,0
plyn 32,9 65,4 67,8 92,9 105,3 110,9
průměrná tepelná účinnost (%) n.d. 35,8 37,6 42,4 44,5 46,6
Konečná spotřeba energie n.d. n.d. 1059,6 1129,9 1197,7 1233,0
z pevných paliv n.d. n.d. 42,2 40,2 42,5 42,6
z topných olejů n.d. n.d. 538,4 554,7 576,6 579,5
z plynu n.d. n.d. 240,6 266,0 268,3 260,7
Teplo 16,9 22,7 22,6 23,4 24,3 25,3;
Elektřina 156,7 176,7 187,5 212,8 248,8 282,9
Obnovitelné zdroje n.d. n.d. 28,4 32,7 37,1 41,9
podle odvětví:
průmysl: 345,1 350,8 359,1 375,9 386,1 383,0
doprava: n.d. 296,5 309,8 336,2 357,8 371,7
7
domácí, terciární sféra a zemědělství: 340,5 374,4 390,7 417,8 453,8 478,3
vysvětlivky: n.d.= není k dispozici
(pokračování tab. 1.4): Indexy změn porovnávaných let ve stejných ukazatelích tabulky 1.4 a
prognóza porovnávaných změn do roku 2030 / 77, IEPE/IPTS, 2000/.
EVROPSKÁ UNIE: Souhrn energetické bilance – meziroční změny (%)
indexy v daném období: 1990/1997 1997/2000 2000/2010 2010/2020 2020/2030 2000/2030
(%) (%) (%) (%) (%) (%)
Výroba elektřiny
(TWh)
8,1 1,8 12,5 14,5 16,3 1,3
Tepelná z níţ : 0,8 1,5 1,5 2,5 1,8 1,9
čistě z uhlí n.d. n.d. 240,3 10,6 5,8 58,5
plynové turbiny 18,2 20,9 5,4 2,1 1,7 3,0
biomasa 7,3 4,0 1,6 1,1 0,7 1,1
Jaderná 2,6 -2,2 0,2 -0,1 0,5 0,2
Vodní a geotermální 1,9 0,2 0,5 0,4 0,3 0,4
Sluneční 27,5 63,5 30,6 13,0 4,8 15,7
Větrná 73,7 26,6 8,9 7,3 3,7 6,6
Malé vodní elektrárny 18,8 7,4 1,1 0,4 0,0 0,5
CHP (kombinované) 21,9 -7,7 2,9 0,5 -0,7 0,9
Výrobní kapacita
(GWel.)
4,9 2,8 2,3 1,2 1,2 1,6
tepelná 6,6 4,1 3,4 1,4 1,4 2,0
jaderná 4,3 0,0 -0,3 -0,1 0,4 -0,0
vodní + geotermální 0,7 0,5 0,6 0,4 0,3 0,4
sluneční+větrná+malé
vodní elektrárny
24,6 18,6 5,7 5,6 2,7 4,7
Koeficient průměrného
zatíţení (%)
-3,1 -2,6 -1,2 0,3 0,2 -0,2
Vstup paliva do
generátoru tepelné
energie (mil. t)
n.d. -0,1 0,3 2,0 1,3 1,2
pevné n.d. 0,8 -0,7 2,6 2,0 1,3
topný olej -1,2 -7,6 -1,1 0,3 -1,9 -0,9
plyn 10,3 1,2 3,2 1,3 0,5 1,7
Průměrná tepelná
účinnost (%)
n.d. 1,7 1,2 0,5 0,5 0,7
Konečná spotřeba
energie
n.d. n.d. 0,6 0,6 0,3 0,5
z pevných paliv n.d. n.d. -0,5 0,5 0,0 0,0
z topných olejů n.d. n.d. 0,3 0,4 0,1 0,2
z plynu n.d. n.d. 1,0 0,1 -0,3 0,3
8
teplo 4,3 -0,2 0,4 0,4 0,4 0,4
elektřina 1,7 2,0 1,3 1,6 1,3 1,4
obnovitelné zdroje n.d. n.d. 1,4 1,3 1,2 1,3
Podle odvětví:
průmysl: 0,2 0,8 0,5 0,3 -0,1 0,2
doprava: n.d. 1,5 0,8 0,6 0,4 0,6
zemědělství: 1,4 1,4 0,7 0,8 0,5 0,7
1.2 Ekonomická situace
Proces deregulace a liberalizace trhu s elektřinou je pokračujícím celosvětovým trendem.
Hlavním cílem je zvýšit konkurenci v odvětví a tudíţ podpořit sníţení nákladů na výrobu,
přenos, rozvod a dodávku, coţ bude přínosem pro průmysl i domácím spotřebitele.
Paralelně s liberalizací trhu s elektřinou dochází k posunu směrem k vyuţití ekonomických
nástrojů tak, aby se dosáhlo v oblasti národní a mezinárodní energie cílů ochrany ţivotního
prostředí. Tyto nástroje mají různé formy včetně poplatků, stimulů a moţností obchodování
na bázi trhu.
Otevření Evropského trhu začalo ke konci 80. let v čele s Velkou Británií. Následně v roce
1996 zavedla Evropská unie Směrnici 96/92/EC pro Mezinárodní trh s elektřinou (IEM=
International Electricity Market), kterou poţádala členské státy, aby otevřely aţ 25 % svých
trhů konkurenci, přičemţ mají nadále volnost v přijímání svého procesu liberalizace. Stupeň
otevření trhu v současné době kolísá napříč EU od úplné liberalizace trhu ve Velké Británii,
Německu, Španělsku, Finsku a Švédsku k částečnému otevření trhu v ostatních zemích jako je
Francie a Itálie.
Proces vývoje trhu pokračuje v členských státech postupným, v kaţdém státě stanoveným
procesem dokonce i po úplné liberalizaci. Nesrovnalosti mezi systémy jednotlivých států jsou
následkem specifického modelu konkurence, který vláda státu přijímá tak, jak dojednala nebo
v důsledku přístupu třetí strany nebo jednotného nákupního systému. Proto tedy stav regulace
v členských státech značně kolísá následkem mnoha faktorů. To se ale očekávalo, protoţe
struktury trhu se vyvíjely pouze odděleně.
Případy přeshraniční politiky a technického vyrovnání závisejí do značné míry na velikosti
dotyčných zemí, době jejich vzájemné spolupráce v minulosti a zda jsou skutečně
vnitrozemským územím. Vnitřní geografie členského státu můţe mít značný vliv jednoduše
následkem dostupnosti přírodních zdrojů a jejich fyzikálně-geografického dopadu na systémy
přenosových sítí. Například ve Švédsku a Finsku je většina výrobní kapacity hydroelektráren
na severu, takţe dodávají hustěji obydleným jiţním oblastem přenosovými linkami na velkou
vzdálenost, i kdyţ jsou jaderné elektrárny umístěny na jihu. Kdeţto v Německu existuje
centrální systém, který se vytvořil na základě silné koncentrace výrobních závodů v určitých
oblastech s následným rozvojem přenosové soustavy z těchto oblastí.
Klíčovým cílem směrnice IEM je otevřít domácí trhy elektřiny mezinárodní konkurenci. To
vyţaduje značné změny národních soustav. To můţe znamenat privatizaci rozdělenou do
jednotlivých obchodních transakcí a zavedení příslušných systémů regulace. V zemích, kde
vertikálně propojená zařízení uplatňují prakticky úplnou regulaci výroby elektřiny, přenos i
dodávku, pak deregulace také poskytuje příleţitost novým účastníkům proniknout na trh a
tím stimulovat konkurenci.
9
Plnému mezinárodnímu soutěţení účinně brání celá řada značných problémů. Ty se týkají
takových záleţitostí, jako je proplácení přeshraničního přenosu, míry nadkapacity u některých
soustav a nesnází s kapacitami při propojování sítí mezi národy nebo státy. Bude to
nepochybně trvat nějakou dobu, neţ se mezinárodní trh vyvine do takové míry, aby
doopravdy existoval v působnosti široké mezinárodní konkurence.
Jakmile se trhy otevřou konkurenci, můţe to mít značný dopad na řadu faktorů, které se
vztahují k provozu a regulaci velkých spalovacích zařízení, coţ je potřeba zohlednit při
stanovení vhodnosti určitých technik ke sníţení emisí do ovzduší, vody a půdy.
Nutnost řídit se u některých zařízení specifickými poţadavky zákazníků, včetně pomocných
sluţeb, jako je udrţování napětí a frekvence, vede k zatíţení následující špičkové výroby
energie a začátku schopnosti konkurovat.
To zahrnuje následující aspekty, ale nejen je samotné / 58, Eurelectric, 2001/ :
bezpečnost dodávky energie. Ta můţe ovlivnit výše nadměrné kapacity v systému a
rozsah různorodosti paliv, třebaţe je kapacita sama o sobě ovlivněna potřebou
pohotovostní zálohy a dostupností zásoby paliva
náklady na palivo
míru zabezpečení systému, kterou vyţaduje jakýkoliv daný trh, mohou významně ovlivnit
takové faktory, jako je statická neurčitost v projektu zařízení, s přímým vlivem na
investiční náklady a výši ceny za elektřinu, které je třeba k úhradě investice
dopad podoby trhu ( tj. odběrový diagram), který společně s takovými faktory, jako jsou
minimální náklady na výrobu, mohou ovlivnit míru vyuţití určitých typů zařízení,
poţadavky dostupnosti a výši nadměrné kapacity
systémy úhrady v rámci jednotlivých trhů včetně toho, zda se provozují smluvní trhy,
vyváţené trhy, obchodování prostřednictvím elektrárenského sdruţení, únosnost platby
atd.
úroveň předem stanovené ceny v rámci trhu a struktura ceny v souvislosti s vyuţitím
zařízení a tvorbou nákladů, které mohou ovlivnit schopnost daného trhu uhradit investice
míru, do níţ jsou u určitého trhu tarify natolik stabilní, aby regulovaly nabídku, nebo
spotřebu vyrobené elektřiny danou technologií nebo pramenily z určitého paliva a
podporovaly poţadavky energetické politiky jednotlivých členských států. K dosaţení
těchto cílů pouţívají členské státy také další nástroje včetně daní za uhlík, energii a
znečišťující látky
potřebu určitého zařízení zvládat specifické poţadavky zároveň s poţadavky zákazníka
včetně doplňkových sluţeb, jako je systém udrţování napětí a frekvence, sledující
zatíţení a strukturu zatíţení, schopnost začít konkurovat a specifickou potřebu splňovat
místní omezení sítě, coţ vše můţe mít značný dopad na provozní parametry takového
zařízení
vzájemné působení trhů propojených v takových systémech jako jsou tam, kde tvoří sítě
plynu a elektřiny i moţnost provádět termínované obchody mezi dodávkou plynu a
výrobou elektřiny zaloţené na rozdílných cenách paliva, coţ lze také provádět na základě
krátkodobé potřeby
infrastrukturu sítě a jednotlivých spravovaných struktur uvnitř specifického trhu, coţ
můţe mít důsledky specifické pro závod, např. ztráty přenosem, přístup k síti a vyuţití
zatíţení systému společně s rozsahem nuceného provozu nebo mimo provoz
10
stimuly k regulaci v rámci určitých trhů, aby se podpořilo v něm zakotvit a rozvádět
výrobu. To také můţe mít vliv na úroveň obnovy výroby, kde se mohou dosáhnout cíle
státu pomocí dodatečného podpůrného mechanismu včetně povinností dodavatele nebo
subvencemi
Umístění spalovacích zařízení
V Evropě je obvyklou praxí umístit energetická zařízení spalující fosilní paliva do takové
oblasti, aby se vydalo minimum nákladů na zařízení a provoz, přičemţ se zakalkuluje řada
faktorů, které přispívají a souvisejí s touto oblastí, kde je závod umístěn a je zde i
infrastruktura pro podporu jeho provozu. Kaţdý z těchto faktorů se odlišuje významem podle
místních a státních opatření, ale v mnohých případech jsou ve volbě umístění velkých
spalovacích zařízení často prvořadými faktory dostupnost napojení na elektrickou přenosovou
a rozvodnou soustavu, blízkost poptávky po elektřině a dostupnost vody pro chladící systémy
i vzdálenost zóny dolů nebo mořského přístavu. V minulosti určovala volbu velikosti a
umístění závodů na výrobu energie prognóza budoucích poptávek po energii v jednotlivých
zemích a optimum nákladů na preferovaný typ zařízení v dlouhodobém časovém horizontu.
Ostatní faktory mají často pro výběr umístění velkého spalovacího zařízení menší význam.
Dostupnost vhodného území, estetický dopad a vliv kvality ovzduší na ţivotní prostředí
daného místa a přístup při dopravování a skladování paliv jsou často faktory, které ovlivňují
projekt a stanoviště závodu na výrobu energie. Tyto faktory se však často podrobně zvaţují,
aţ kdyţ se určila obecná lokalizace a obvykle nenabývají vrchu nad rozhodnutím pokračovat
v postavení závodu.
Kdyţ se volí umístění pro závod na výrobu energie v rozsáhlém rozprostření energetické
infrastruktury vyskytující se v Evropě, dochází také ke změnám vzájemného vlivu kaţdého z
vyuţitých faktorů. Nyní je snadnější přivést palivo a energetické přípojky do správného místa
pro závod spíše, neţ vybrat lokalitu podle stávající infrastruktury. Významný nárůst ve
vyuţívání zemního plynu jako paliva má nyní za následek vyšší úroveň infrastruktury pro
dodávky plynu, takţe se plyn stal široko daleko dostupný v potřebném tlaku a mnoţství, které
je zapotřebí pro provoz plynových turbin k výrobě energie, při nízkých nákladech na dopravu
a bez potřeby místa pro skladování paliva. Rozšíření integrovaného systému rozvodu
elektřiny rozšířilo moţnost volby při dosaţení dobrého napojení závodu k výrobě elektřiny na
dodávky energie do systému. Nové spínací ústrojí pro vysoké napětí a regulační soustavy
poskytují moţnost bezpečnějšího a účinnějšího spojení.
Existuje stále vyšší dostupnost pozemků, které splňují hlavní poţadavky závodů na výrobu
elektřiny. Současně zvýšily účinnost výroby elektřiny značně změny ve výrobě energie a
techniky odlučování, které rovněţ poskytují daleko čistší vypouštěné plyny neţ dřívější
zařízení spalující fosilní paliva. Vyuţití plynových turbin k výrobě elektřiny a vývoj nových
spalovacích zařízení a úprav vypouštěných plynů znamenala pro energetické závody, ţe
mohou vyuţívat paletu plynných, kapalných nebo pevných paliv a budou pokaţdé emitovat
mnohem méně znečišťujících látek na jednotku vyrobené energie, neţ dříve. Novější zařízení
jsou často daleko menší neţ starší zařízení odpovídajícího výkonu a stavba zařízení
spalujících plyn se vyhne potřebě prostorného území pro sklady paliva. Celkový dopad, který
11
nové závody mají na své místní ţivotní prostředí je mnohem niţší ve srovnání se starými
závody.
Kromě toho při následujících současných změnách a otevření evropského trhu s plynem a trhů
s elektřinou to znamená, ţe není dále vhodné vybírat zařízení podle dlouhodobých mezních
nákladů, coţ se projevuje v přibývajících rozhodnutích vybudovat menší zařízení o vyšších
účinnostech, niţších kapitálových nákladech a rychleji postavených.
Novější zařízení mají vyšší účinnosti výroby, coţ znamená mimo jiné niţší tvorbu emisí ( do
vody a ovzduší) na jednotku vyrobené energie. Budoucí zvyšování účinnosti zařízení
nebude neomezené a to z důvodů:
zákonů termodynamiky
zmenšení návratnosti rostoucích vývojových nákladů
zvyšujících se investičních nákladů vyplývajících z vyšší výroby
1.3 Klíčové problémy ţivotního prostředí
Provoz zařízení, která spalují k výrobě elektrické energie a /nebo tepla fosilní palivo a
zejména průmysl výroby elektřiny ve svých velkých centralizovaných energetických
závodech, je velmi důleţitým úhelným kamenem naší moderní společnosti a evropské
ekonomiky. Na druhou stranu spalovací zařízení vyuţívají velká mnoţství fosilních paliv a
dalších surovin vytěţených ze zemských přírodních zdrojů a přeměňují je na uţitečnou
energii. Tyto závody produkují velká mnoţství zbytkových odpadů a vypouštějí velké
mnoţství emisí do všech oblastí ţivotního prostředí. K získání přehledu o různých
hmotnostních tocích je na obr. 1.3 znázorněno obecně pouţívané technologické schéma
spalovacího závodu a jeho přidruţených pomocných provozů.
Obr. 1.3: Zobecněné technologické schéma spalovacího závodu a jeho pomocných provozů
/5, HMIP, 1995/
12
Fosilní paliva jsou nejvydatnějším zdrojem energie, který se dnes pouţívá. Jejich spalováním
ale dochází k příslušnému a v časovém měřítku značnému dopadu na ţivotní prostředí jako
celek. Spalovací pochod vede k tvorbě emisí do ovzduší, vody a půdy, z nichţ emise do
ovzduší se povaţují za jedny z hlavních, které působí na ţivotní prostředí. Následující části
poskytují obecné informace o hlavních emitovaných látkách. Přehled emitovaných substancí,
jejich zdroje a jejich vliv na různé formy ţivotního prostředí uvádí tabulka 1.5.
Tab. 1.5: Moţné dráhy emisí podle typu zdroje a substance /5, HMIP,1995/
Substance
vypouštění ze zdroje do
ovzduší vody půdy
(A) (W) (L)
tuhé
hm
otn
é čá
stic
e
oxid
y s
íry
oxid
y d
usí
ku
oxid
y u
hlí
ku
org
anic
ké
slouče
nin
y
kyse
liny /
alk
álie
/so
li
chlo
rovodík
/ f
luoro
vodík
těkav
é org
anic
ké
látk
y
(VO
C)
kovy a
jej
ich s
oli
chlo
r (j
ako c
hlo
rnan
)
Hg a
/neb
o C
d
poly
cykli
cké
arom
atic
ké
uhlo
vodík
y (P
AH
)
dio
xin
y
Sklady paliv a manipulace A W A
Úprava vody W W W
Odpadní plyn A A A A A A A A A A A
Úprava odpadního plynu W W WL W
Odvodnění místa včetně
dešťové vody
W W
Úprava odpadní vody W W W
Vypouštění chladící vody W W W W W
Úniky z chladících věţí A
1.3.1 Účinnost
Prozíravé hospodaření s přírodními zdroji a účinné vyuţití energie jsou dva hlavní poţadavky
směrnice IPPC. Proto tedy účinnost, s níţ se určitý druh uţitečné energie vyrobí, nebo vyrobit
můţe, nyní hraje stále důleţitější úlohu jako indikátor dopadu procesu na ţivotní prostředí.
Účinnost není důleţitá pouze jako známka pečlivé úpravy přírodních palivových zdrojů, je
také indikátorem vypouštěných emisí na jednotku mnoţství vyrobené uţitečné energie a to i
takových emisí, jakými jsou tzv. „ skleníkové plyny“, kam patří CO2. Jedním ze způsobů, jak
toho přínosu dosáhnout, je optimalizace vyuţití energie a účinnosti procesu její výroby.
Optimalizace specifické účinnosti závisí na řadě faktorů včetně povahy a jakosti paliva, typu
spalovacího systému, provozních teplotách plynové turbiny a/nebo parní turbiny, na místních
klimatických podmínkách, typu pouţívaného chladícího systému atd..
13
Kaţdý následný krok v procesu přeměny paliva na uţitečnou energii má svůj vlastní faktor
účinnosti. Celková účinnost procesu se dosáhne znásobením všech jednotlivých faktorů
účinnosti. Míra srovnatelnosti účinnosti závisí na nutnosti uskutečnit konverzi za vymezených
podmínek vybraného strojního vybavení (např. při stejné referenční teplotě).
Čistá účinnost počítá se všemi ztrátami následkem: zásobování pomocných jednotek ( a
potřebou tepla pro proces), přípravy paliva, úpravy vedlejších produktů, úpravy spalných
plynů, úpravy odpadní vody, chladícího systému, pohonu ventilátorů a čerpadel.
Optimalizace účinnosti lze dosáhnout u všech faktorů účinnosti včetně jakýchkoliv zařízení
vyuţívaných k ochraně ţivotního prostředí. Přísná redukce emisí zvyšuje dodávku do
pomocných jednotek v závislosti na palivu a tudíţ i produkovaných měrných emisích CO2.
Pro spotřebitele elektřiny se musí započítat ztráty v síti a transformátorech, pro spotřebitele
tepla z jednotek kombinované výroby elektřiny a tepla (CHP) pak ztráty přenosem v síti
tepelných rozvodů a z okruţních čerpadel.
Období vysokých teplot v okolním prostředí sniţuje v daném v místě účinnost výroby
elektřiny jak u plynových (spalovacích), tak i parních turbin. U plynových turbin a
dieslových motorů je teplota okolního vzduchu důleţitější, zatímco u parních turbin je
důleţitější teplota chladícího média.
Pro kondenzaci chlazené expandované páry existují tři typy chladícího systému, které lze
pouţít: přímé chlazení mořskou nebo říční vodou, přímé i nepřímé chlazení v chladících
věţích s odparem a nepřímé chlazení v suchých chladících věţích. Více informací podává
BREF o průmyslových chladících systémech.
Účinnost a emise
Dokonce i nejvýkonnější energetické závody vypouštějí v současnosti značná mnoţství svého
celkového příkonu energie do ţivotního prostředí v podobě odpadního tepla. Toto teplo se
můţe absorbovat do místního ovzduší nebo vodních toků s poměrně malým poškozením
místního ţivotního prostředí, ale kaţdá jednotka spotřebované energie představuje další CO2,
který odchází do atmosféry. V současné době je nejúčinnějším způsobem ke zlepšení
účinnosti výroby energie uţitečně vyuţívat vyrobené teplo a nenechat jej unášet pryč.
Pro zuţitkování odpadního tepla je třeba vzít v úvahu několik termodynamických,
technických a ekonomických kritérií. Termodynamická kritéria zahrnují na jedné straně
teplotu a na straně druhé výsledný obsah exergie odpadního tepla. S teplotou se musí počítat,
pokud se odpadní teplo bude vyuţívat při vytápění. Obsah exergie je třeba brát v úvahu tehdy,
bude-li se odpadní teplo vyuţívat k výrobě elektřiny a tepelné energie. Technická kritéria
závisejí na podmínkách jednotlivých míst.
Sníţením a zuţitkováním odpadního tepla se ušetří hlavně energie, mohou se sníţit emise a
mohou se ochránit přírodní zdroje. Nyní nastává větší moţnost pro závody vyrábějící energii,
aby se usídlily na území, kde můţe energie, která se nepřemění na elektřinu, odcházet jako
teplo k uţivatelům a spotřebitelům, kteří budou mít z uţívání prospěch. Existuje široká paleta
pochodů, které potřebují nepřetrţité dodávky tepla ve formě páry, horké vody nebo horkého
vzduchu jako vstupy pro svou výrobu a provozní zařízení. Tato technika je známa jako
kogenerace nebo kombinovaná výroba elektřiny a tepla (CHP) a jeho průvodní tepelná
spotřeba je obvykle 70 – 90 % a to má vliv na zvýšení celkové spojené účinnosti
energetického závodu. Přínosy zvýšené účinnosti působí sníţení emisí CO2 tím, ţe se
spotřebitel tepla vyhne nutnosti za tímto účelem spalovat palivo v samostatném spalovacím
zařízení.
14
V mnohých případech nastává také sníţení celkových emisí oxidů dusíku (NOx) a dalších
znečišťujících látek tím, ţe se nahradí malé spalovací zařízení nepodléhající regulaci teplem
ze sousední jednotky výroby energie. Nicméně budou to pouze technicky a ekonomicky
smysluplná opatření, jak pro sníţení odpadního tepla, tak zuţitkování odpadního tepla, co
budou schopna splňovat jak cíle ochrany ţivotního prostředí, tak hospodárný provoz.
Vliv centrálních rozvodů tepla na kvalitu ovzduší
Vezmou-li se v úvahu kotle pro topné rozvody, které jsou běţně zabudovány uvnitř nebo v
těsné blízkosti center bydlení, prokáţe se velmi přínosný vliv dálkového vytápění na místní
kvalitě ovzduší. Několik velkých a dobře udrţovaných kotlů s čištěním spalin a s vysokými
komíny můţe nahradit velké mnoţství jednotlivých výtopen s nízkými komíny a často špatně
regulovaným spalováním. Výsledkem bude, ţe se mohou značně sníţit celkové emise tuhých
částic, CO a nespálených uhlovodíků. S moderní technologií není nutné ţádné znatelné
zvýšení emisí ani SO2 ani NO2, dokonce ani kdyţ bude jakost paliva v kotlích pro centrální
rozvody tepla niţší neţ u paliv, která se vyuţívají k individuálnímu vytápění. Při stejném
mnoţství celkových emisí zajišťují vysoké komíny větší stupeň rozptylu ještě předtím, neţ
dosáhnou znečišťující látky zemského povrchu. Vlivem toho je s centrálními rozvody
vytápění mnohem lepší kvalita místního ovzduší ve městech i na venkově, neţ by mohla být
při pouţívání samotných jednotlivých výtopen.
Jedním příkladem přínosu dálkového vytápění za podmínek zlepšení energetické účinnosti,
sníţení emisí a zlepšení ţivotního prostředí je případová studie z hlavního města Helsinky ve
Finsku. Zde došlo v 50. letech k zahájení provozu sítě dálkového vytápění a nyní je téměř
dokončeno, přičemţ je 92 % veškerých budov napojeno na síť dálkového vytápění. Během
posledních 10 let přispěla ke sníţení emisí také částečná náhrada uhlí zemní plynem.
Z určitých zjištění ze studie o dodávce energie do Helsinek lze dedukovat zvýšení spotřeby
elektřiny a účinnosti dodávek energie a významné sníţení měrných emisí a naměřené
koncentrace SO2.
V Helsinkách v posledních dvou desetiletích došlo k silnému poklesu celkových emisí SO2,
zatímco sniţování celkových emisí NO2 před 10 lety teprve začalo.
1.3.2 Emise do ovzduší
Nejvýznamnějšími emisemi do ovzduší ze spalování fosilních paliv jsou SO2, NOx, CO, tuhé
částice a skleníkové plyny jako je CO2. Ostatní látky jako jsou těţké kovy, fluorovodík,
halogenové sloučeniny, nespálené uhlovodíky, nemetanové těkavé organické látky (NMVOC)
a dioxiny emitují v menších mnoţstvích, ale nejspíš mají značný vliv na ţivotní prostředí
následkem své toxicity nebo jejich přetrvávání v ţivotním prostředí. Emise polétavého
popílku lze také zařadit k emisím tuhých látek o aerodynamickém průměru, který je menší neţ
10 m a nazývají se PM 10 (particulate matter).
Příspěvek různých druhů emisí z různých kategorií velkých spalovacích zařízení (LCP) k
celkovým emisím těchto znečišťujících látek ze zařízení spadajících pod IPPC, které se
provozují v 15 zemích EU uvádí pro rok 2001 tabulka 1.6.
15
Tab.1.6: Příspěvek emisí z různých kategorií LCP k celkovým emisím do ovzduší ze zařízení
spadajících pod IPPC provozovaných v EU-15 podle Evropského registru emisního znečištění
z roku 2001 (EPER) /93, EC, 2001/.
Kategorie LCP příspěvek k celkovým emisím ze zařízení pod IPPC (%)
SO2 NOx NH3 CO2 N2O CH4 PM10 Σ Hg dioxiny/furany NM
VOC
CO
LCP nad 300 MW 64,6 53,4 0,5 54,4 7,6 0,2 38,1 28,8 19,0 0,7 4,4
LCP 50-300 MW 3,6 6,0 N1 5,0 21,0 0,2 2,1 2,6 0,2 0,7 2,8
Plynové turbiny 0,9 3,6 0,03 5,5 0,4 0,3 0,1 N1 0,3 0,1 0,3
Stacionární motory 0,3 1,2 N1 0,1 N1 0,05 0,2 0,3 N1 0,1 0,03
Všechny LCP 69,4 64,2 0,5 65,0 29,0 0,8 40,5 31,7 19,5 1,6 7,5
LCP = velké spalovací zařízení
IPPC= směrnice 96/61/EC O integrované prevenci a sniţování znečištění
Poznámky : N1 : u této kategorie nebyly uvedeny ţádné emise
NMVOC= nemetanové těkavé organické látky
1.3.2.1 Oxidy síry
Emise oxidů síry pocházejí hlavně ze síry přítomné v palivu. Fosilní palivo obsahuje síru jako
anorganické sirníky nebo organické sloučeniny. Síra se objevuje například v uhlí jako síra
pyritická, síra organická, síra ve formě solí a jako síra elementární. Během spalování se
zdaleka největší mnoţství oxidů síry projevuje jako oxid siřičitý (SO2).
U pevných a kapalných paliv se 3 – 4 % síry také oxidují na oxid sírový (SO3), přechodové
kovy přítomné v palivu mají tendenci tuto reakci katalyzovat. Oxid sírový se adsorbuje na
tuhé částice a v případě tekutého paliva přispívá k tvorbě kyselých sazí. Emise PM 10 a PM
25 jsou proto vyšší o SO3. Kromě toho můţe dojít k „ modrému kouři“, kdyţ vycházejí emise
z kotlů vytápěných těţkým topným olejem. Předpokládá se, ţe tento optický fenomén je
způsoben tvorbou síranu (SO2 + prach) a zvyšuje se s obsahem vanadu v oleji a
pravděpodobně také s jeho působením jako katalyzátoru selektivní katalytické redukce.
Zemní plyn se obvykle povaţuje za prostý síry. To zcela očividně nemůţe být případ určitých
průmyslových plynů a tak by potom bylo nutné plynné palivo odsiřovat / 4, OSPAR, 1997/.
1.3.2.2 Oxidy dusíku (NOx)
Hlavními oxidy dusíku, které během spalování fosilních paliv emitují, jsou oxid dusnatý
(NO), oxid dusičitý (NO2) a oxid dusný (N2O). První dva jsou známy jako směsná formace
NOx, které u hlavních typů velkých spalovacích zařízení obsahují více neţ 90 % NO.
Tvorba NOx se řídí třemi zásadními mechanismy, které jsou charakteristické původem dusíku
a prostředím, kde reakce probíhá:
tepelné NOx pocházejí z reakce mezi kyslíkem a dusíkem ze vzduchu
palivové NOx se tvoří z dusíku obsaţeného v palivu
16
okamţité NOx vznikají přeměnou molekulárního dusíku v přední části plamene za
přítomnosti meziproduktů uhlovodíkových sloučenin
Mnoţství NOx vytvořené mechanismem okamţitých NOx je obvykle mnohem menší neţ to,
které se vytvoří jinými typy reakcí.
Tvorba tepelných NOx je značně závislá na teplotě. Pokud lze spalování dosáhnout s teplotou
pod 1000 oC, jsou emise NOx mnohem niţší. Je-li maximální teplota plamene pod 1000 C,
závisí tvorba NOx většinou na dusíku v palivu.
Tvorba tepelných NOx je dominantní reakcí, při níţ dochází ke vzniku NOx u zařízení, která
pouţívají plynná nebo kapalná paliva.
Tvorba palivových NOx závisí na obsahu dusíku v palivu a koncentraci kyslíku v reakčním
prostředí. Mnoţství tvořených palivových NOx je větší u zařízení, která pouţívají uhlí,
protoţe to má ve své struktuře větší mnoţství dusíku neţ ostatní druhy paliva. Střední obsah
dusíku obvykle nalezený u různých druhů paliva uvádí tabulka 1.7:
Tabulka 1.7: Dusík vázaný v palivu
palivo dusík vázaný v palivu
(% hmot., daf*)
uhlí 0,5 – 2
biomasa (dřevo) 0,5
rašelina 1,5 - 2,5
topný olej 1,0
zemní plyn 0,1
odvozené plyny 0,1-1
(>> 1 - chemické zdroje)
* daf: bez vody a bez popela
Mnoţství emitovaných oxidů dusíků je ovlivněno typem pouţitého spalovacího pochodu.
V případě uhlí, např.:
emise NOx budou niţší u kotle s pohyblivým roštem z důvodu poměrně nízké teploty
spalování a postupně probíhajícího spalování, ke kterému dochází nad roštem
emise jsou vyšší u kotle s práškovým uhlím, ale mění se podle typu hořáku a provedení
spalovací komory
emise NOx u kotle s fluidním loţem jsou niţší neţ ty, ke kterým dochází u konvenčních
kotlů, ale jsou vyšší emise N2O / 4, OSPAR, 1997/
Tvorba tepelných NOx je dominantní reakcí, při které se tvoří NOx v zařízení na plynná a
destilovaná kapalná paliva. Mnoţství vytvořených palivových NOx je větší v zařízení na uhlí
a těţký topný olej, protoţe ta mají větší mnoţství paliva s vázaným dusíkem.
Mechanismus tvorby okamţitých NOx produkuje obvykle menší mnoţství těchto emisí, neţ
vzniká jinými reakčními cestami.
Mechanismus tvorby oxidu dusného (N2O) není ještě zcela vyjasněn. Existuje moţný
mechanismus tvorby zaloţený na meziproduktech (HCN, NH3), který lze srovnávat s tvorbou
NO. Prokázalo se, ţe niţší teploty spalování tj. pod 1000 oC mají za následek vyšší emise
17
N2O. Při teplotách niţších je molekula N2O poměrně stabilní; při vyšších teplotách se
vytvořený N2O redukuje na N2. Ve srovnání s emisemi z běţných stacionárních spalovacích
jednotek jsou emise oxidu dusného (N2O) u spalování ve fluidním loţi ať uţ stacionárním,
cirkulujícím nebo tlakovém, poměrně vysoké.
Při experimentech v laboratoři se zjistilo, ţe oxid dusný se tvoří selektivní katalytickou
redukcí, která nastává při maximu nebo v těsné blízkosti optimálního teplotního „okna“
(rozmezí), kdy k tomuto procesu dochází / 1, Corinar, 1996/.
Oxid dusný (N2O) také přímo přispívá ke skleníkovému efektu a to infračervenou tepelnou
absorpcí v troposféře. Doba přetrvávání N2O v troposféře je celkem dlouhá, i kdyţ jsou jeho
vzájemné reakce s ostatními plyny v mračnech a s aerosoly minimální. N2O se rozkládá za
přítomnosti ozonu (O3) a tvoří se NO2 a NO označované jako NOx.
1.3.2.3 Prach a tuhé znečišťující látky
Prach emitovaný během hoření uhlí, rašeliny a biomasy vzniká povětšině z minerálních
frakcí paliva. Malý podíl prachu můţe obsahovat velmi malé částice vytvořené kondenzací
sloučenin, které během spalování vytěkají.
Druh pouţitého procesu spalování má značný vliv na podíl popílku strţeného emisemi
spalných plynů z kotlů. Například kotle s pohyblivým roštem vytvářejí poměrně malé
mnoţství polétavého popílku (20 – 40 % z celkového popela), zatímco kotle na práškové uhlí
produkují pozoruhodné mnoţství 80 – 90 %.
Spalování kapalných paliv je také zdrojem emisí tuhých částic, ačkoliv v menší míře neţ uhlí.
Zejména špatné podmínky spalování vedou k tvorbě sazí, které jsou v přítomnosti oxidu
sírového odpovědné za tvorbu kyselých spečenců s korozivními vlastnostmi.
Spalování zemního plynu je, pokud jde o emise prachu, nevýznamným zdrojem. Na druhou
stranu mohou některé průmyslové plyny obsahovat částice, které by se měly v procesu výroby
odloučit, nebo před spalováním sníţit.
U mnohých zařízení existují také moţné fugitivní emise (vznikající při manipulaci a
skladování uhlí v otevřeném prostoru, při mletí uhlí pouţívaného v kotlích na práškové uhlí,
při manipulaci s popelem atd.) / 4, OSPAR, 1997/.
Problémy pro ţivotní prostředí mohou nastat při výskytu částic menších neţ 2,5 µm
v průměru, protoţe mohou zůstat rozptýleny v atmosféře po celé dny nebo dokonce i týdny.
Problémy ţivotního prostředí mohou také nastat při dlouhodobém hromadění persistentních
sloučenin v zemi nebo naředěním a přenosem do vodních těles.
Vzdálenost, na kterou částice cestují, předtím neţ se z ovzduší vyloučí usazováním nebo
vysráţením, závisí na jejich fyzikálních charakteristikách a podmínkách počasí. Velikost,
hustota a tvar ovlivňují rychlost, kterou se částice usazují. Částice větší neţ 10 µm v průměru
se usazují docela rychle. Jejich dopad se projevuje především poblíţ zdroje. Částice menší neţ
10 µm a zvláště ty menší neţ 2,5 µm mohou předtím, neţ se usadí, cestovat na stovky
kilometrů. Aerosoly často fungují jako kondenzační jádra pro tvorbu mraků a vyperou se ven
s deštěm.
Techniky odlučování průmyslových emisí tuhých hmotných částic (PM) jsou velmi účinné a
dosahují u vstupujícího surového plynu jejich odstranění z více neţ 99,8 % hmot.. Pouze u
malých částic jako jsou PM 10 a menších se účinnost odloučení sniţuje na 95 – 98 %. Z
18
tohoto důvodu většina částic, které ještě unikají do atmosféry z velkých spalovacích zařízení
mají rozmezí průměrů od 0,1 do 10 m.
1.3.2.4 Těţké kovy
K emisím těţkých kovů, které jsou také známy jako stopové kovy, dochází následkem jejich
přítomnosti jakoţto přirozených sloţek fosilních paliv. Většina uvaţovaných těţkých kovů
(As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Zn, V) se běţně uvolňuje jako sloučeniny (např. oxidy,
chloridy) vázané na částice. Pouze Hg a Se jsou také částečně přítomny ve formě par.
Zvláště Hg je známa jako znečišťující látka dálkového přeshraničního přenosu, která můţe
tvořit problémy se znečištěním v oblastech velmi vzdálených od emisního zdroje.
Méně těkavé prvky mají snahu kondenzovat na povrchu menších částic v proudu spalin. Proto
se pozoruje obohacování frakcí nejjemnějších částic. Rozdělení těţkých kovů např. během
spalování uhlí je znázorněno dále.
Obr. 1.4: Rozdělení stopových prvků během spalování uhlí / 107, Davidson, 2000/
Obsah těţkých kovů v uhlí je běţně o několik řádů vyšší neţ v oleji ( vyjma občas u niklu a
vanadu v těţkém topném oleji) nebo v zemním plynu. Mnoho těţkých kovů se chemicky váţe
ve sloučeninách jako jsou oxidy, sírany, aluminosilikáty a minerály jako anhydridy a
sádrovec. Vyluhovatelnost prvků závisí na povaze a velikosti částice ve sloučenině.
Například během spalování uhlí se částice podrobují sloţitým změnám, které vedou
k odpařování těkavých prvků. Rychlost odtěkání sloučenin těţkých kovů závisí na
charakteristikách paliva ( např. koncentracích v uhlí, frakci anorganických sloučenin, jako je
vápník) a na charakteristikách pouţité technologie (např. typu kotle, způsobu provozu).
19
Tabulka 1.8 uvádí některé údaje o emisích těţkých kovů ze spalovacích zařízení v 15 zemích
EU v roce 1990.
Tab. 1.8: Roční emise těţkých kovů ze spalovacích zařízení v 15 členských státech EU v roce
1990. Údaje jsou převzaty z inventarizace evropských emisí těţkých kovů a persistentních
organických látek z roku 1990 / 10, Berdowski a kol., 1997/.
Zn
(t)
11100
1597,8
395,4
85
219
32,5
58,9
174,4
0,2
84
33,9
6,1
9
134
1028
219
328
148
333
Pb
(t)
1930
885,8
190,5
26,6
105
30,3
28,6
115,9
21,5
43
7,8
8
43,5
579,4
81,4
148
199
151
Ni
(t)
48
60
27
80,6
16
81,5
24
94
,4
15
60
3,0
5
12
8,9
15
,5
38
,4
73
1,9
4
97
0,2
80
,7
69
,7
80
5
14
,8
Hg
(t)
245
89,6
43,4
8,6
9
21,2
1,3
9
12,2
13,4
4,2
3,3
0,2
53
5,6
1
32,8
13,7
8,6
6
1,5
3
8,9
4
Cu
(t)
3040
390,1
104,2
40,5
42,1
19,9
1,7
2
28,3
0,3
25
16,3
3,1
4
8,5
3
257,6
140
27,2
43,5
46,9
Cr
(t)
1170
397,5
192,6
19,3
40
132
1,3
6
24,2
0,8
9
10,9
9
3,4
2
180,7
62,8
35,7
69,5
12,7
Cd
(t)
203
57,8
19,1
3,4
2
4,4
2
10,2
1,0
6
10,1
0,4
83
1,3
9
2,3
5
5,9
1
28,6
8,9
5
1,5
8
12
6,0
7
As
(t)
575
491,8
276,9
20,2
130
117
9,7
3
37,7
2,0
2
23,4
9,4
6
2,8
2
177,2
65,6
52,3
50,6
8,7
2
pali
vo
vše
chna
pal
iva
(cel
kem
)
hněd
é uhlí
(li
gnit
)
uhlí
(če
rné)
topné
ole
je
ost
atní
pal
iva
vše
chna
pal
iva
(cel
kem
)
hněd
é uhlí
(li
gnit
)
uhlí
(če
rné)
topné
ole
je
ost
atní
pal
iva
vše
chna
pal
iva
(cel
kem
)
hněd
é uhlí
(li
gnit
)
uhlí
(če
rné)
topné
ole
je
ost
atní
pal
iva
20
zdro
j
Cel
kem
v E
U-1
5
stac
ionár
ní
spal
ován
í
(vše
chny 3
nás
ledují
cí
sekto
ry c
elkem
)
spal
ován
í při
výro
bě
elek
tric
ké
i te
pel
né
ener
gie
(vče
tně
stát
níc
h e
lektr
áren
,
kogen
erač
níc
h z
ávodů,
dál
kovéh
o r
ozv
odu t
epla
)
spal
ován
í v
prů
mysl
ov
ých
,
inst
ituci
onál
níc
h a
obytn
ých
sekto
rech
(vče
tně
kotl
ů, ply
nových
turb
in a
sta
cionár
níc
h
moto
rů)
spal
ován
í v
prů
mysl
u
(vče
tně
kotl
ů, ply
nových
turb
in a
sta
cionár
níc
h
moto
rů)
1.3.2.5 Oxid uhelnatý
Oxid uhelnatý (CO) se objevuje při spalovacím procesu vţdy jako meziprodukt a zejména při
podstechiometrických podmínkách spalování. Provozovatelé zařízení se stále pokoušejí
minimalizovat tvorbu CO, protoţe CO je indikátorem rizika koroze a nedokonale spáleného
paliva a proto znamená ztrátu účinnosti. Mechanismy tvorby CO, tepelného NO a VOC
(těkavých organických sloučenin) jsou všechny ovlivněny podmínkami spalování podobně
/1, Corinar, 1996/.
1.3.2.6 Skleníkové plyny ( oxid uhličitý a další)
Od začátku industrializace se energetická rovnováha na zemi změnila následkem zvýšení
emisí antropogenních skleníkových plynů, hlavně oxidu uhličitého (CO2). Následkem
hromadění CO2 v atmosféře se v posledních dvou stoletích zvýšilo mnoţství pohlcených
infračervených paprsků v atmosféře. Jak ukazuje obrázek 1.5 a 1.6, ve stejném časovém
období se projevilo značné zvýšení celosvětové průměrné teploty1 a koncentrací CO2.
Obr.1.5: Globální střední teplota a mnoţství emitovaného CO2 v minulém století (1860-1997)
/13, Verbund, 1998/
21
____________________________________________________________________
1 Mezi léty 1856 a 1998 vykazují roční odchylky evropských teplot z celkového průměru let
1961–1900 nárůst od 0,3 oC do 0,6
oC. Rok 1998 byl v globálu nejteplejším
zaznamenaným rokem a rok 1997 druhý za ním. To je způsobeno částečně jevem El Niňo
na přelomu let 1997/1998 a kolísáním teplot na jihu (ENSO= El Niňo/ Southern
Oscillation), které bylo zaznamenané jako největší (Hadley Centre/The Meteo. Office,
1998). Fenomen ENSO je cyklus přirozeného kolísání teplot Tichého oceánu, které má za
následek obrovské změny v mnoţství sráţek u tropických dešťů a v charakteru větru / 11,
EEA, 1999/.
Obr. 1.6: Změny koncentrace CO2 v atmosféře v uvedeném časovém sledu
Předpokládá se, ţe růst celosvětové střední teploty, ke kterému dochází následkem zvýšené
koncentrace skleníkových plynů v atmosféře změní klima země, pokud se emise takových
plynů (hlavně CO2) nesníţí. Důleţitými skleníkovými plyny ze spalování fosilních paliv ve
velkých spalovacích zařízeních jsou pouze oxid uhličitý (CO2) a oxid dusný (N2O). Oxid
uhličitý vypouštěný z velkých spalovacích zařízení je odpovědný přibliţně za 1/3
celosvětových emisí CO2.
Řada vědeckých pracovníků také očekává přírodní vlivy, jako jsou sluneční skvrny a
kosmické částice, geologické záleţitosti a zejména zvýšené mnoţství vodní páry v atmosféře,
coţ je dalším důvodem globálního oteplování. Tab. 1.9 ukazuje odhadovaný příspěvek
skleníkových plynů ke globálnímu oteplování (údaje byly převzaty z / 14, EEA, 1999/).
Tab. 1.9: Skleníkové plyny: změny koncentrací, příspěvek ke globálnímu oteplování a hlavní
zdroje /12, IEA, 2001/
plyn zvýšení koncentrace
asi od r. 1750 (%)
příspěvek ke globálnímu
oteplování (%)1
hlavní antropogenní zdroj
CO2 30 % 64 % spalování fosilního paliva (včetně
výroby el. a tep. energie a dopravy)
odlesnění a vyuţívání půdy
22
výroba cementu
N2O 15 % 6 % vyuţití průmyslových hnojiv
mýcení půdy
výroba kyseliny adipové a dusičné
spalování biomasy
spalování fosilních paliv 1 Pro porovnání dopadů různých plynů se často uţívá potenciálu globálního oteplování (GWP)
vztaţeného na CO2, kdy CO2 má hodnotu 1. Potenciál globálního oteplování je pojmem, který zohledňuje
energetickou absorpční kapacitu plynu a jeho setrvání v atmosféře. Potenciál globálního oteplování by se
měl vţdy vyčíslit pro specifické časové období. Příkladem hodnot potenciálu globálního oteplování
během 100-letého období je pro CH4 21, pro N2O 310 a několik tisíc pro řadu halogenových sloučenin.
Emise, které počítají s hodnotami potenciálu globálního oteplování se nazývají ekvivalenty CO2.
Oxid uhličitý (CO2) je hlavním produktem reakce při spalování všech fosilních paliv. Emise
CO2 jsou přímo úměrné obsahu uhlíku v palivech, kde plynná paliva mají značně niţší emise
CO2 neţ ostatní fosilní paliva. Obsah uhlíku kolísá u uhlí a lignitu ( černého a hnědého uhlí)
mezi 61 a 87 % hm., u dřeva je asi 50 % hm. a u plynového oleje a těţkého topného oleje je
okolo 85 % hm. /1, Corinar, 1996/. Tabulka 1.10 uvádí faktory pro měrné emise CO2 u
hlavních paliv spalovaných ve velkých spalovacích zařízeních.
Tab. 1.10: Faktory měrných emisí CO2 u hlavních paliv spalovaných ve velkých spalovacích
zařízeních /192, TWG, 2003/
palivo faktory pro měrné emise CO2
(t CO2/TJ – g/kWh)
zemní plyn 55 (198)
těţký topný olej (TTO) 80 (288)
lehký topný olej (LTO) 77 (277)
černé uhlí 95 (342)
hnědé uhlí 110 (396)
Obr. 1.7 znázorňuje uvolňování CO2 vypočítané jako kg CO2/MWh elektřiny vyrobené v
různých typech spalovacích zařízení /133, Strömberg, 2001/
Obr. 1.7: Vypouštění CO2 (vypočítané jako kg CO2/MWh vyrobené elektřiny) u různých typů
spalovacích zařízení /133, Strömberg L., 2001/
23
V EU poklesly emise CO2 mezi roky 1990 – 1996 o 1 %, ačkoliv tendence mezi členskými
státy značně kolísá. Pokles v EU jako celku značně závisí na sníţení v Německu a ve Velké
Británii. Německo má jako stát největší emise CO2 v EU, v roce 1995 přibliţně 30 % z celé
EU. Mezi léty 1990 a 1996 došlo v Německu k největšímu absolutnímu sníţení emisí, coţ
bylo způsobeno hlavně hospodářskou přestavbou dřívější Německé demokratické republiky.
Podstatné omezení emisí ve Spojeném království bylo způsobeno hlavně přechodem
z uhelného paliva na zemní plyn /14, EEA, 1999/. Tab. 1.11 podává informace o emisích
skleníkových plynů a odstraňování/poklesu CO2 v 15 členských státech EU (EU-15).
Podrobnější údaje o emisích skleníkových plynů v Evropském společenství lze nalézt ve
zprávě „Roční inventarizace skleníkových plynů v Evropském společenství v letech 1990 aţ
1996“ /14, EEA, 1999; http:www.eea.eu.int/.
Tab.1.11:Emise skleníkových plynů a jejich sniţování/pokles v roce 1996 /14, EEA, 1999/
členské
státy
CO2 (mil. t) CH4
(kt)
N2O
(kt) emise sniţování/pokles
Rakousko 62 14 580 13
Belgie 129 2 591 35
Dánsko 60 1 430 33
Finsko 66 14 270 18
Francie 399 60 2844 174
Německo 910 30 4788 210
Řecko 92 - 457 29
24
Irsko 35 6 800 26
Itálie 448 36 2516 162
Lucembursko 7 0 24 1
Nizozemí 185 2 1179 72
Portugalsko 51 1 834 14
Španělsko 248 29 2370 90
Švédsko 63 32 297 10
Velká Británie 593 19 3712 189
EU 15 3347 247 21692 1076 Poznámky:
Odhady pro rok 1996 nebyly k dispozici od Rakouska, Dánska, Francie, Itálie, Portugalska a
Španělska. U těchto zemí se k předběţnému odhadu za EU-15 pro rok 1996 pouţily odhady z let
1994 a 1995. Odhady CO2 nejsou korigovány s teplotou nebo obchodem s elektřinou. Některé
členské státy pouţívají pro CO2 korigovaných odhadů, aby lépe zvýraznily podmínky ve státě..
1.3.2.7 Kyselina chlorovodíková (HCl)
Velká spalovací zařízení bez odsiřování spalin se povaţují za jeden z hlavních zdrojů
vypouštění chlorovodíku do atmosféry. Emise kyseliny chlorovodíkové jsou následkem
přítomnosti stopových mnoţství chloridů ve fosilních palivech jako je uhlí a topný olej. Kdyţ
se fosilní paliva spalují, uvolňují se malá mnoţství chloridů. Některý z těchto chloridů se
spojí s vodíkem za vzniku chlorovodíku. Společně s vlhkostí ze vzduchu přechází
chlorovodík na aerosol kyseliny chlorovodíkové, který přispívá k problémům okyselování.
Jak se pohybuje atmosférou, dochází k většímu zředění.
1.3.2.8 Fluorovodík (HF)
Tak jako chloridy, jsou i fluoridy přirozené sloučeniny, které se ve stopách vyskytují ve
fosilních palivech. Pouţijí-li se fosilní paliva, jako je uhlí k výrobě elektrické nebo tepelné
energie bez pouţití odsiřování spalin, fluoridy se uvolňují a unikají s výstupním plynem. Ve
spojení s vodíkem se tvoří fluorovodík a s vlhkostí okolního vzduchu přechází na kyselinu
fluorovodíkovou.
Pozorovalo se, ţe fluorovodík můţe emitovat při přenosu z okruţního výměníku tepla a
předehřívače spalovacího vzduchu.
1.3.2.9 Čpavek (NH3)
Emise čpavku (NH3) nepocházejí ze spalování fosilních paliv, ale jsou spíše následkem
nezreagovaného čpavku při procesu denitrifikace. Čpavku se pouţívá jako aditiva a to buď
vlastního plynného čpavku nebo jeho vodného roztoku do jednotek selektivní katalytické a
selektivní nekatalytické redukce. Čpavek chemicky reaguje na NH4HSO4 a odstraňuje se ze
systému především společně s polétavým popílkem. Bez odstraňování prachu nebo
odsiřování, dále zařazená denitrifikace (DENOX, zařízení koncového čištění) pak strţený
nezreagovaný amoniak emituje společně se spalným plynem do atmosféry. Mnoţství
strhávaného čpavku u zařízení selektivní katalytické a selektivní nekatalytické redukce
se zvyšuje s růstem poměru NH3 / NOx, ale také s poklesem aktivity katalyzátoru.
1.3.2.10 Těkavé organické sloučeniny (VOC)
25
Existuje mnoho zdrojů emisí VOC způsobených průmyslovou činností, ale spalování
fosilních paliv je jedním z nejvýznamnějších.
1.3.2.11 Persistentní organické sloučeniny (POPs), polycyklické aromatické uhlovodíky
(PAH), dioxiny a furany
Mezi persistentními organickými sloučeninami, které emitují během spalování fosilních paliv,
je třeba uvést polychlorované aromatické uhlovodíky (PAH ), polychlorované dibenzo-
dioxiny (PCDD) a polychlorované dibenzo-furany (PCDF).
Molekuly PCDD a PCDF nejsou příliš těkavé a pokud se adsorbují na částice vznikající při
spalování, jsou v ţivotním prostředí vysoce tepelně i chemicky stabilní. Mohou se rozkládat
pouze nad teplotami řádově 1000 oC. V této souvislosti je třeba se zmínit, ţe PCDD/PCDF
nebyly zjištěny pouze u komínových plynů, ale také se nalezly v pevných odpadech u všech
spalovacích pochodů a to u loţového popela (spodního), ve struskách i v polétavém popílku.
U dioxinů existuje 75 kogenerů a u furanů 135. Aby se emise dioxinů a furanů vyčíslily s
přihlédnutím k jejich toxicitě, poměřuje se koncentrace nebo emitovaný tok koeficientem
(TEF = faktor ekvivalence toxicity), který je charakteristický pro kaţdou z molekulárních
podob PCDD /PCDF nalezených v dotyčné směsi 2.
2,3,7,8 - tetrachloro-dibenzo-dioxin je údajně nejtoxičtějším dioxinem a pouţívá se ho jako
referenční látky s výší faktoru ekvivalence toxicity TEF = l ( volba této referenční látky s
faktorem toxicity je potvrzena úmluvou).
_______________________________ 2
Hodnoty TEF pro různé molekuly PCDD/PCDF se liší podle pouţitého systému. Systému
výboru NATO (NATO-CCMS) se obvykle pouţívá v mezinárodním měřítku.
Ostatní kogenery, které se povaţují za nebezpečné, jsou molekuly substituované v polohách
struktury 2,3,7,8. Aktivita dioxinu ve směsi se vyjadřuje jako jeho ekvivalentní toxické
mnoţství TEQ (Toxic Equivalent Quantity) následovně :
TEQ = ∑ isomerů x TEF
Vedle spalování uhlí jsou za moţné zdroje emisí povaţována i zařízení na spalování dřeva.
Hlavním dotčeným pochodem je recyklace dřeva k výrobě uţitečné energie, např. ve formě
dřevotřísky nebo odpadu ze dřeva, které bylo upraveno, nebo které obsahuje chlorované
organické sloučeniny (PCP, tmelené piliny, PVC, NH4Cl, atd.). Kromě toho by zavedení
spoluspalování odpadu (úpravárenských kalů, plastů a dalších) u určitých běţných
spalovacích zařízení také mohlo vést ke značným emisím dioxinů / 4, OSPAR, 1997/.
1.3.3 Emise do vody
Vedle vzniku vzdušného znečištění jsou velká spalovací zařízení také významným zdrojem
vypouštěné vody ( z chlazení a vody odpadní) do prostředí řek, jezer a moří. Toto vypouštění
můţe způsobit problémy v kvalitě vody, coţ do značné míry závisí na druhu pouţitého paliva,
technice úpravy, chladící technice a následně na mnoţství pouţité vody a chemických a
biologických činidlech pro úpravu, která se přidávají při čištění a při údrţbě. Hlavní zdroje
výpustí ze spalovacího zařízení vytápěného fosilními palivy lze rozdělit na následující :
Obr.1.8: Vypouštění z velkých spalovacích závodů na fosilní paliva
26
Tepelná účinnost spalovacího cyklu je omezena termodynamickými limity „Carnotova
cyklu“, který je ideálním spalovacím cyklem. To znamená, ţe ne všechna chemicky vázaná
energie fosilního paliva se můţe přeměnit v energii mechanickou a dalším postupem na
energii elektrickou. Výsledkem je, ţe se značný podíl energie ze spalování musí promarnit
kondenzací a odvést do okolního ţivotního prostředí jako vypouštěné teplo. Mnohá spalovací
zařízení vyuţívají jako chladící médium velká mnoţství chladící vody, která odebírají buď
z řek, jezer, podzemní vody nebo z moře.
Odpadní teplo přechází (za pouţití chladících technik s jednoduchým průtočným systémem
nebo chladícími věţemi s výparem) do chladící vody a dále do vodního prostředí. Dopady
průmyslového chlazení na ţivotní prostředí a tedy také pouţitých chladících technik u
velkých spalovacích zařízení se popisují v dokumentu BREF o uplatnění BAT
u průmyslových chladících systémů. Proudy odpadní vody, o nichţ byla jiţ zmínka, mohou
být kontaminovány mnoţstvím různých znečišťujících látek vypouštěných do vody.
Následující tabulka ukazuje obecně příslušné parametry znečištění, které se týkají emisí
vypouštěných do vody z velkých spalovacích zařízení. Význam kaţdého ukazatele však závisí
na specifickém uspořádání závodu a na pouţitých postupech, které jsou také určující pro druh
a mnoţství znečištění přítomného v odpadní vodě před úpravou. Obsah tabulky 1.12 tak úplně
neplatí u elektráren na plyn a kapalná paliva.
Tabulka 1.12: Seznam znečišťujících látek ve vodě z velkých spalovacích zařízení.
parametr parametr*
pH celkový organický uhlík (TOC)
teplota celkový dusík
Chladící voda
Odpadní voda z odsiřovacího
zařízení
Odpadní voda z plavení strusky
a přepravy popela
Odpadní voda z regenerace
demineralizátorů a
z kondenzačních komor
Odpadní voda z ohřívačů vody,
předehřívačů vzduchu a vypírání
popílku
Splašková povrchová voda
včetně vody z prostoru
skladování paliva
Odpadní voda z vypírání kotelní
kyseliny
Velký spalovací závod
(velké spalovací zařízení)
27
zabarvení celkový fosfor
TSS Cd
TDS Cr
BSK Cu
CHSK Hg
minerální oleje Ni
volný chlor Pb
NH3 Zn
toxicita pro ryby chloridy
Sb fluoridy
As PAH
Co BTX
Mn
Tl
V * dle Rozhodnutí komise 2000/479/EC o zavedení
EPER:
Specifický odvětvový seznam - pro spalovací zařízení
50 MWt podle předloţeného návrhu průvodního
dokumentu o zavedení EPER (Evropského registru
znečištění) z 23.8.2000.
Sn
Kyanidy
Síra
SO3
Sírany
AOX
Fenol
PCDD/PCDF
Takové sloučeniny mohou mít v důsledku své chemické, biologické i fyzikální povahy velký
dopad na vodní prostředí. Tyto substance mohou způsobit změny v recipientu (povrchové
vodě), jako je zvýšení jeho kyselosti nebo alkality, změnu hodnoty pH, obsah solí, sníţení
jeho obsahu kyslíku a zvýšení růstu vodních rostlin následkem výţivy emisemi.
Například voda z plavení škváry a přepravy popela má alkalickou povahu v důsledku sloţení
popela, zatímco promývací voda z kotle je kyselá. Odpadní voda ze zařízení pro mokré
odsiřování obsahuje soli jako jsou chloridy a sírany. Sůl pocházející z moře se nachází ve
většině pobřeţních vod. Ale vypouštění z průmyslových činností, takových, jako jsou zařízení
na výrobu energie, poskytuje další zdroj solí, jejichţ vliv je dokonce, pokud se voda vypouští
do řeky nebo jezera, mnohem významnější.
1.3.4 Zbytky ze spalování a vedlejší produkty
Spalování fosilních paliv je spojeno s tvorbou rozličných odpadních zbytků a vedlejších
produktů. Termínu „vedlejší produkty“ lze obecně pouţít pro materiály, které je moţné
prodat na trhu (např. sádrovec z odsiřování spalin). Podle jejich původu se odpady ze
spalovacího zařízení mohou rozdělit na odpad přímo spojený s pochodem spalování nebo
odpad, který se tvoří při provozu zařízení a jeho příslušenství, jako jsou uhelné mlýny nebo
zařízení na úpravu vody. Odpady, které se týkají přímo procesu spalování fosilních paliv jsou
popely (polétavý popílek a spodní neboli loţový popel) a odpady, ke kterým dochází při
odsiřování spalin. V rámci EU se spalováním uhlí vytvořilo asi 55 000 kt pevného odpadu.
Například v roce 1999 se zuţitkovalo asi 31 000 kt (55,3 %). Zbývajících 24 000 kt bylo
zneškodněno.
loţový popel u dna a/nebo kotelní struska (škvára): Loţový popel je nespalitelný
materiál, který usedá ke dnu kotle a zůstává v podobě nestmeleného popela. Pokud
28
přestoupí teplota spalování teplotu tavení popela, zůstává popel jako struska v tekutém
stavu, dokud se neodplaví ze dna kotle jako kotelní struska
popel z fluidního loţe: Provoz zařízení se spalováním ve fluidním loţi je u pevného
paliva jakým je uhlí, ale také při hoření biomasy a rašeliny spjat s tvorbou popela, jehoţ
sloţení tvoří vyhořelý materiál loţe a popel z paliva. Popel se odstraňuje ze dna spalovací
komory s fluidním loţem.
polétavý popílek: Polétavý popílek představuje část nespalitelného materiálu, který je
unášen z kotle ve spalinách. Polétavý popílek se zachycuje zařízením ke sníţení mnoţství
částic, jakým je elektrostatický odlučovač nebo pytlový (hadicový) lapač, ale také v
ostatních částech kotle, jako je ohřívák napájecí vody a výměník vzduch/spaliny. Největší
mnoţství popílku se tvoří spalováním černého, hnědého uhlí a lignitu, pak následuje
spalování rašeliny a biomasy, zatímco zařízení spalující plyn produkuje velmi nízká
mnoţství popílku. Mnoţství popílku, které se tvoří v zařízení vytápěném tekutým palivem
je mnohem vyšší neţ z kotle vytápěného plynem, ale ve srovnání s mnoţstvím popílku ze
spalování uhlí, jde o mnoţství spíše malé.
odpady a vedlejší produkty z odsiřování spalin: Fosilní paliva jako je uhlí, rašelina a
nafta (topný olej) obsahují kolísající mnoţství síry. Aby se zabránilo vysokým emisím
oxidu siřičitého do atmosféry, jsou velká spalovací zařízení (zejména nad 100 MWt)
běţně vybavena zařízením k odsíření spalin.
Různé techniky odsiřování, které se v současnosti pouţívají, poskytují celou řadu odpadů
a vedlejších produktů. Pračky pro mokrou vypírku vápnem nebo vápencem produkují
např. jako vedlejší produkt sádrovec, zatímco systémy suchých metod odsiřování
poskytují jako zbytky směs nezreagovaného sorbentu (např. vápna, vápence, uhličitanů
sodíku a vápníku), solí síry a polétavý popílek.
Popel a odpadní zbytky z odsiřování spalin tvoří zdaleka největší mnoţství odpadu z velkých
spalovacích zařízení. Tyto zbytky se zčásti ukládají na skládku, nebo se mohou vyuţít k
různým účelům, jakoţto přísady při výrobě cementu a betonu, jako plnivo do cementu,
asfaltu, k rekultivaci dolů, nebo ke stabilizaci odpadů a jako přísady do mnoha dalších
produktů.
Sádrovec, vedlejší produkt z odsiřovacího zařízení, se v širokém měřítku pouţívá k výrobě
sádrokartonu a významně rostoucí měrou přispívá k poptávce po sádrovci. Přírodní sádrovec
ale také určitou měrou přispívá.
Vedle odpadu, který vzniká ve velkých objemech a je spojen přímo s procesem spalování,
vznikají jako následek provozu zařízení a pomocného vybavení mnohem niţší objemy
odpadů.
Typickými příklady takových odpadů jsou:
odpady z čištění kotlů: zbytkové odpady vznikající během údrţby kotle ve vedení
plynu a vody, včetně výměníku spaliny/vzduch, ohříváku napájecí vody, přihříváku,
komína, kondenzátoru a pomocného vybavení. V prostorách vedení plynu (kouřovodu)
se na povrchu potrubí usazují zbytky ze spalování, jako jsou saze a polétavý popílek a
musí se čas od času odstraňovat. Ve vedení vody se v kotli usazuje kotelní kámen a
29
produkty koroze a je třeba je čas od času odstranit za pouţití kyselých nebo alkalických
roztoků.
zbytky z mletí pevného paliva: pevná paliva, jako je černé a hnědé uhlí se běţně melou
na velikost vhodnou pro foukání do kotle. Během mletí uhlí se z jeho proudu musí
oddělit pyrity (minerály s obsahem ţeleza) a kameny. Tento pevný odpad se můţe
odváţet společně s loţovým popelem.
kal z úpravy vody: odpady pocházejí z úpravy napájecí vody pro parní cyklus. Úprava
napájecí kotelní vody můţe zahrnovat různé postupy, jako je usazování, flokulace,
změkčování, filtrace a osmóza. Tyto úpravárenské metody jsou příčinou tvorby
úpravárenského kalu.
vyčerpaná iontoměničová pryskyřice: iontoměniče z pryskyřice se pouţívají k úpravě
napájecí kotelní vody
vyčerpané katalyzátory z procesů SCR (selektivní katalytické redukce): katalyzátory
selektivní katalytické redukce se pouţívají při sniţování emisí NOx do atmosféry.
V důsledku desaktivace se tyto katalyzátory musí periodicky vyměňovat (po několika
letech provozu). Dnes existují různé postupy regenerace takových katalytických
materiálů.
kal z úpravy odpadní vody: kal, který se vytvoří úpravou různých proudů odpadní
vody z velkého spalovacího zařízení
laboratorní odpady: malá mnoţství odpadu vzniklého v laboratoři, např. při analýze
vzorků paliva, přiváděné vody, vedlejších produktů, odpadních zbytků atd.
ostatní zůstatky: ostatní odpadní zbytky jsou ty, které pocházejí z pouţitého oleje a
příslušného vybavení obsahujícího olej, z příslušenství obsahujícího PCB a odpad z
úpravy paliva (např. uhelné prádlo)
Většina z výše uvedených odpadů a vedlejších produktů, ať jiţ ze spalovacího procesu ( např.
popel) anebo z pochodu odsiřování (např. sádrovec), či jakýkoliv jiný odpad ze spalovacího
zařízení představuje obecně potenciální riziko pro ţivotní prostředí. Popel z kotle spalujícího
uhlí obsahuje prvky jako je např. křemík, hliník, ţelezo, vápník, hořčík, draslík, sodík a titan a
rovněţ těţké kovy jako je antimon, arsen, bárium, kadmium, chrom, olovo, rtuť, selen,
stroncium, zinek a další kovy.
Současná legislativa EU pohlíţí na mnohé z výše uvedených zbytků ze spalovacích zařízení
jako na odpady. Průmysl však vynakládá po mnohá desetiletí velké úsilí, aby vyvinul způsoby
k minimalizaci tvorby odpadních zbytků a/nebo jejich opětného vyuţití v rozličných
průmyslových odvětvích, jako je cementářský a stavební průmysl, takţe se mnoţství odpadů
určených k uloţení na skládku skutečně sníţilo. Podle směrnice Rady 75/442/ES (a jejích
novel) je to pro ţivotní prostředí přínosem, protoţe zuţitkování odpadních zbytků, jakoţto
surovin napomáhá chránit přírodní zdroje a minimalizuje celkové mnoţství odpadů, které je
třeba odváţet.
30
Pokud jde o spodní (loţový) popel a polétavý popílek ze spalování uhlí, jsou oba sloţeny z
různých prvků zeminy přidruţené k uhlí. Jednou z jejich typicky rozlišujících charakteristik
je, ţe objem tohoto materiálu je v prachovém nebo ve slinutém stavu s většinou prvků
obsaţených uvnitř sklovité matrice a to v zásadě určuje jejich právní klasifikaci v seznamech
odpadů dotyčného státu nebo v mezinárodních seznamech, jakoţto inertních materiálů,
neaktivních nebo neškodných odpadních zbytků (u nás tzv. „ostatních“) (např. neškodné
odpady v Evropském seznamu odpadů - Rozhodnutí 2001/118/ES a ty také tvoří součást
„zeleného“ seznamu podle konečného návrhu Rozhodnutí OECD C (92) 39.
Také se dobře ví, ţe některé vedlejší produkty, jako je sádrovec z odsiřovacího zařízení, mají
silnou pozici na trhu se sádrou a vyuţívají se jako nejvýznamnější surovina k výrobě
sádrokartonu (sádra byla dle Rozhodnutí 2001/118/ES zařazena do Evropského seznamu
odpadů jako neškodný odpad). Tímto úsilím průmysl napomohl sníţit přenos dopadů
z jednoho prostředí do druhého a omezit riziko poškození ţivotního prostředí.
1.3.5 Emise hluku
Hluk a vibrace jsou společnými problémy, ke kterým dochází při provozu velkých
spalovacích zařízení, zejména proto, ţe plynové turbiny jsou potenciálním zdrojem vysokých
emisí hluku. Hluk emitovaný z provozu zařízení do okolního prostředí je faktorem, který
v minulosti působil mnoho stíţností a je třeba uvést některé informace o příčinách a přístupu
k prevenci a minimalizaci hluku a vibrací.
Nejvýznamnějšími zdroji hluku je doprava a manipulace s palivy, odpadními zbytky a
vedlejšími produkty, vyuţívání velkých čerpadel a ventilátorů, bezpečnostní ventily, chladící
technika a samozřejmě kotle, parní a plynové turbiny nebo stacionární motory .
Hluk a vibrace se mohou měřit řadou metod, ale obecně jsou podrobnosti místně specifickou
záleţitostí při zohlednění frekvence zvuku a umístění osídlených aglomerací (receptory
citlivosti).
Dopad hluku emitovaného ze spalovacího zařízení se omezuje na poměrně blízký prostor
okolo zařízení. Nejčastějším problémem je obtěţování veřejnosti, která bydlí v těsné blízkosti
závodu, hlukem zvláště v průběhu nočních hodin. Z tohoto důvodu jsou v některých zemích
noční hladiny hluku mnohem přísnější.
1.3.6 Emise radioaktivních látek
Podle článku 2.1 směrnice IPPC se na látky radioaktivní povahy tato směrnice nevztahuje.
V rámci technické pracovní skupiny pro velká spalovací zařízení se však odsouhlasilo, ţe se
v obecné části tohoto dokumentu předloţí několik informací o emisích přirozených
radioaktivních látek, které se uvolňují při spalování fosilních paliv.
Emise radioaktivních látek přirozeně přítomných ve většině fosilních paliv se nepovaţují za
klíčový problém ţivotního prostředí v rámci výměny informací o BAT pro velká spalovací
zařízení a proto se nebudou v dalším textu popisovat.
Nicméně v průběhu současných let se evropská společnost (zejména lidé ţijící v těsné
blízkosti velkých spalovacích závodů) stala značně ostraţitou, pokud jde o uvolňování radiace
z vyuţívání fosilních paliv, zejména ze spalování velkých mnoţství uhlí. Ale v praxi se
zjistilo, ţe emise radioaktivních látek do ovzduší z určité elektrárny nebo komína jsou téměř
nedetekovatelné ve srovnání s pozadím přirozené radiace.
31
Důvodem toho je, ţe po spálení černého, hnědého uhlí nebo rašeliny zůstává většina
radioaktivních látek v popelu. Zkoušky radioaktivity pevných materiálů, které prošly
energetickými závody prokázaly, ţe více neţ 90 % radioaktivity z uhlí se zachycuje v popelu.
Pouze malé procentuální mnoţství radioaktivity se můţe nalézt v produktech odsiřování
spalin, jako je sádrovec.
Koncentrace radionuklidů v popelu je dána koncentrací radionuklidů v uhlí, popelnatostí uhlí
a podmínkami v elektrárně.
V důsledku popelnatosti překračovaly koncentrace přirozených radionuklidů v polétavém
popílku koncentraci, která je v uhlí o koeficient 2 – 15. Výsledky mezinárodního měření
radiační aktivity polétavého popílku vzniklého při hoření uhlí vykazovaly rozmezí 60 – 1000
Bq/kg. Střední hodnoty údajů sahají od 90 do 180 Bq/kg s nejvyššími hodnotami aţ 1000
Bq/kg u uranové řady a od 70 do 150 Bq/kg s nejvyššími hodnotami aţ 290 Bq/kg u řady
homologů thoria.
Rašelinový popel se pouţívá jako zaváţka při úpravě krajiny, do betonu a jako
velkoobjemový sypný materiál pro stavbu silnic. Lze ho také přijímat na odval nebo
zahrnout. Radiační expozice u manipulace a vyuţívání rašelinového popela se odhaduje
podle indexů aktivity.
V rašelinovém popelu jsou aktivní koncentrace radionuklidů 20 – 25 krát vyšší neţ v samotné
rašelině. Koncentrace rádia a thoria mají stejnou výši jako tytéţ v půdě a hornině.
Koncentrace uranu ( aţ 1000 Bq/kg) je v průměru asi 25 x vyšší neţ je u písku a štěrku.
33
2 Společné techniky pro výrobu energie
2.1 Principy spalování
Aby mohl kotel vyrábět páru, potřebuje zdroj tepla o dostatečné výši teploty. Fosilní palivo
vyuţívané k výrobě páry se za tímto účelem obvykle spaluje přímo v topeništi nebo spalovací
komoře kotle. Generátor páry by mohl tepelnou energii vyuţívat také ve formě odpadního
tepla z jiného pochodu.
Spalování lze definovat jako rychlé chemické spojení kyslíku se spalitelnými sloţkami paliva.
Existují hned tři významné chemické prvky schopné spalování a sice uhlík, vodík a síra. Síra
má jakoţto zdroj tepla obvykle jen okrajový význam.
Uhlík a vodík se při spalování spojují s kyslíkem a přecházejí na CO2 a H2O podle
následujících reakcí:
C + O2 → CO2
2 H2 + O2 → 2 H2O
Zdrojem kyslíku pro topeniště kotle je obvykle vzduch. Tyto spalovací reakce jsou
exotermické a uvolněné teplo je asi 32 800 kJ/kg spalovaného uhlíku a 142 700 kJ/kg
spalovaného vodíku.
Energii fosilních paliv nelze vypočítat podle sumy energie samotného obsahu vodíku a
uhlíku, protoţe je nutno počítat také s chemickou energií molekulárního uskupení. Síra a další
prvky v palivech přispívají k uvolnění energie také. Protoţe během spalování uniká voda v
podobě páry, sniţuje obsah vody v palivu teplo přenášené do parogenerátoru. Tato energie se
vyjádří jako výhřevnost (LHV). Výhřevnost lze porovnat se spalným teplem (UHV), které se
definuje pro všechny produkty spalování za určitých podmínek prostředí (1 bar, 25C).
Většina přídavné energie je k dispozici pouze při kondenzaci vodní páry ze spalin na vodu při
teplotách pod rosným bodem vody tj. méně neţ 40C.
Cílem řádného spálení je uvolnit veškeré toto teplo a minimalizovat ztráty z nedokonalého
spalování a přebytku vzduchu. Ke spojení spalitelných prvků a sloučenin z paliva s veškerým
potřebným kyslíkem je třeba dost vysoké teploty k zaţehnutí sloţek, dobrého promísení nebo
turbulence a dostatečně dlouhé doby k dokonalému spálení.
V ohništi kotle ( kde nedochází k ţádné mechanické práci) závisí tepelná energie plynoucí
z reakce spalitelných prvků s kyslíkem na konečných produktech spalování a ne na ţádném
meziproduktu, ke kterému můţe dojít cestou ke konečnému výsledku.
Jednoduchým znázorněním tohoto zákona je reakce 1 kg uhlíku s kyslíkem za tvorby určitého
mnoţství tepla, které je specifické. Reakce můţe být jednostupňová při tvorbě CO2 nebo za
určitých podmínek můţe probíhat ve dvou stupních; nejdříve se vytvoří CO za tvorby
mnohem menšího mnoţství tepla a následně se reakcí CO s kyslíkem vytvoří CO2. Ale úhrn
tepla uvolněného z obou stupňů je stejný a to 32 800 kJ/kg, které se uvolní rovněţ, kdyţ se
uhlík spálí v jednom stupni na konečný produkt tj. CO2 .
Skutečnost, ţe uhlík můţe reagovat těmito dvěma způsoby s kyslíkem, je nanejvýš důleţitá
při projektování spalovacího zařízení. Metody spalování musí zajistit dokonalou směs paliva a
kyslíku, aby bylo jisté, ţe veškerý uhlík shoří na CO2 a ne na CO. Pochybení při naplňování
tohoto poţadavku způsobí znatelné ztráty na účinnosti spalování a na mnoţství tepla
uvolněného palivem, neboť vytvoří-li se spíše CO neţ CO2, uvolní se pouze asi 28 % z uhlíku
dostupného tepla.
34
2.2 Společné techniky spalovacích procesů
Kapitola je určena těm, kteří se zajímají o získání obecných poznatků o průmyslu i pro ty,
kteří se zajímají o vzájemné vztahy mezi průmyslovými pochody a tématy popsanými v
následujících částech.
2.2.1 Obecně o konverzi paliva v teplo
V této části se uvádějí pouze souhrnné informace tak, aby se poskytl přehled o různých
technikách spalování. Tam, kde je to nutné, se v příslušných kapitolách o palivu rozebírají
specifické spalovací procesy podrobněji. Spalovací techniky obvykle probíhají při
atmosférickém tlaku, ale mohou se uskutečňovat i při vyšším tlaku. U všech spalovacích
systémů se energie paliva (čistá výhřevnost) mění téměř stoprocentně na teplo. Tato účinnost
konverze se nazývá „vyuţití paliva“ a je mírou celkové účinnosti všech procesů.
U většiny postupů se obvykle toto čisté teplo uvolněné z paliva převádí a uplatňuje v procesu
výroby páry. Nespálený uhlík v popelu, CO a VOC (těkavé organické sloučeniny) působí
během spalovacího procesu ztráty na energii paliva.
Při zplyňování pevných a kapalných paliv se teplo uvolňuje ve dvou etapách; prvním stupněm
je zplynění paliva a druhým je spálení plynu, který vznikl. V tlakových systémech se můţe
veškeré uvolněné teplo přímo vyuţít v plynových (spalovacích) turbinách nebo po vyčištění
ve spalovacích motorech.
Extrakce speciálních plynných (nebo kapalných) paliv vede ke specifickým produktům, o
nichţ se nepojednává u velkých spalovacích zařízení, nýbrţ u rafinerií.
Volba systému, který se u zařízení pouţívá, je zaloţena na vsázkách, dostupnosti paliv a na
nárocích na energii, které zařízení na výrobu elektrické energie má. Zařízení, která vyuţívají
tyto systémy, potřebují na podporu výroby elektřiny také další pomocné pochody. Tyto
pomocné procesy by se mohly týkat podpůrných provozů jako je úprava uhlí a sniţování
znečištění /21, US EPA, 1997/.
2.2.2 Spalování pevného práškového paliva
Ve více neţ 90% kapacity systémů spalování pevného paliva se pevné palivo před spalováním
mele na prášek. Jsou moţné dva základní postupy:
granulační topeniště: tento typ se provozuje vzhledem k jakosti popela nízko pod bodem
tavení popela. Aby nedocházelo ke struskování (škvárování), je třeba, aby teplota popela
byla dostatečně nízko, aby neuvázl u stěny a popel nahromaděný na dně zůstal pevný.
Podrobnější informace se uvádějí u systému spalování uhlí v kapitole 4
výtavné topeniště: tento typ se provozuje při teplotách nad bodem tavení popela, aby se
zajistila dostatečná tekutost popela k proudění dolů okolo chráněných stěn. Tekutý popel
se ochlazuje ve vodou naplněném sběrači. Tohoto typu se často vyuţívá u paliv s nízkými
charakteristikami spalování a vyţaduje recyklaci popílku. Ve výtavných topeništích je
často snadnější spoluspalování odpadů. Podrobnější informace se uvádějí u specifických
systémů spalování paliv v kapitole 4.
35
2.2.3 Spalování ve fluidním loţi
Pro tento typ topeniště se obvykle musí pevné palivo nahrubo umlít. Jemné částice by byly
unášeny z fluidního loţe ven, velké částice by zastavily fluidní pochod.
Malé jednotky se provozují při atmosférickém tlaku a za stabilního fluidního pochodu.
S růstem velikosti kotle začíná převaţovat spalování v cirkulujícím fluidním loţi. Nedílnou
součástí koncepce je vyuţít celého topeniště, separovat objemné částice, odloučit je v cyklonu
a recyklovat hrubé částice zpět do loţe. Několik pilotních zařízení pro spalování ve fluidním
loţi se provozuje za vyšších tlaků ve spojení s plynovou (spalovací) turbinou pro expanzi
spalin. Tyto systémy se nazývají PFBC (spalování v tlakovém fluidním loţi). Technologie
PFBC je ještě ve stádiu vývoje. Podrobnější informace se uvádějí u systémů spalování uhlí
nebo biomasy v kapitole 5.
2.2.4 Spalování na roštu
Při spalování na roštu bude mít pouţité palivo menší rozměry neţ má roštový systém. Částice
paliva, které jsou příliš malé propadají nespálené roštem, částice, které jsou příliš velké se
zcela nespálí, kdyţ opouštějí pohyblivý rošt. Podrobnější informace se uvádějí dále u systémů
spalování uhlí a biomasy.
2.2.5 Spalování oleje a plynu
Systémy pro spalování oleje a plynu vytvořily základní projekt pro spalování práškového
paliva. Přestoţe se plynné palivo přímo spaluje se vzduchem, kapalná paliva se rozstřikují
v topeništi tryskami, čímţ se získají velmi malé kapky rozprášené vysokotlakou parou a
vytvoří se značné mnoţství těkavých látek. Výrazné mnoţství popela mají pouze těţké topné
oleje. Všechna čistá plynná a kapalná paliva se mohou spalovat pomocí hořáků u dna
topeniště. Podrobnější informace se uvádějí dále u systémů spalování oleje nebo plynu.
2.2.6 Zplyňování/zkapalňování
Malé zplyňovací jednotky provozované za atmosférického tlaku se často vyuţívají v blízkosti
míst nahromaděné biomasy. Kromě toho se vyuţívá plynu z procesů přirozeného zplyňování
odpadů na skládkách a plyn se z takových míst odebírá. V obou případech se plyn spaluje
v malých spalovacích motorech nebo v různých zařízeních.
Zkapalňování pevných paliv je sloţitější a provádí se v rafineriích za produkce druhotného
motorového benzinu pro dopravu.
Při procesech zplyňování jsou primárními produkty plynná, kapalná a zbytková pevná paliva.
U velkých energetických zařízení je zajímavější zplyňování v podmínkách vyššího tlaku a
teploty za přímé konverze tepla v elektřinu, coţ je moţné v plynových (spalovacích)
turbinách a nepřímo pomocí parních turbin nebo jejich kombinací ( kombinované cykly).
Velikost a cena takových systémů není obvykle schopná konkurovat výrobě elektřiny z uhlí
nebo těţkého topného oleje. Podrobnější informace se uvádějí u systémů zplyňování
specifických paliv v kapitolách 5 a 8.
36
V zásadě se všechny typy topenišť pro spalování pevných paliv mohou pouţívat za
doplňkových opatření, která souvisejí s procesy zplyňování. Hlavní riziko, kterému je třeba
se vyhnout, je vytváření směsi paliva se vzduchem za podmínek, které hrozí explozí.
Meziprodukty ve formě spalitelných plynů a druhotných těkavých kapalných paliv se mohou
zuţitkovat v plynových turbinách nebo spalovacích motorech. U přímého spalování
zplyněných pevných paliv v plynových turbinách se vyţaduje vysoce účinného odprášení a
odsíření plynu. Drahé odlučovací procesy, nutné v rafineriích, nejsou zapotřebí. Pro
obchodování je zajímavé, kdyţ ceny plynných a kapalných paliv snesou srovnání s pevnými
palivy. V obou případech potřebují pochody zplyňování velké mnoţství energie z paliva, coţ
sniţuje celkovou účinnost. Tato ztráta účinnosti se můţe sníţit produkcí páry vyuţívající
odpadního tepla ze zplyňovacího zařízení. Nicméně se spalováním zplyněných paliv
v plynových turbinách nebo kombinovaných cyklech vyrábí méně elektřiny neţ ze zemního
plynu.
2.3 Přímá konverze
2.3.1 Obecně
Přímá expanze horkého tlakového plynu (spalin) v plynových turbinách a spalovacích
motorech umoţňuje výrobu mechanické a následně elektrické energie. Takové systémy se
vyvinuly z mobilních systémů a často se jich vyuţívá v odlehlých místech, jako jsou ostrovy
nebo jako plynových turbin v rozvodných sítích plynu. Přechod spalného tepla za vysoké
teploty v páru s omezenou teplotou je spojeno se ztrátami exergie. Následkem toho se zájem
upíná k systémům s vyššími teplotami, které poskytují vyšší elektrickou účinnost. Tyto
technologie mohou nastartovat velmi rychle a mohou potom řešit špičkové potřeby,
stabilizovat frekvenci nebo dodávku napětí. Mimoto nepotřebují samy o sobě nutně vodu
k chlazení. Přesto se mohou spojit s parními pochody tak, aby zvýšily celkovou účinnost, tj.
do kombinovaného cyklu.
Protoţe elektrická účinnost kolísá s teplotou okolního prostředí, platí vypočtené údaje pro
všechny systémy konverze tepla v elektřinu za standardních podmínek.
2.3.2 Spalovací motory
Spalovací motory mají jeden nebo více válců, ve kterých dochází ke spálení paliva.
V motorech se přeměňuje chemická energie paliv v mechanickou energii způsobem
podobným automobilovému motoru. Motor je zabudován do spojnice generátoru a poskytuje
mechanickou energii k pohonu generátoru pro výrobu elektřiny. Pro elektrárnu se jednotky
s vnitřním spalováním projektují běţně se čtyřtaktním nebo dvoutaktním cyklem provozu.
Spalovací motory jsou buď malé nebo střední s rozsahem výkonu od 2 MW k většímu neţ 50
MW. Jsou účinnější neţ plynové (spalovací) turbiny. Kromě toho, ţe mají nízké investiční
náklady, dají se snadno přepravovat a mohou vyrábět elektřinu většinou bezprostředně po
startu. Z tohoto důvodu se generátory s vnitřním spalováním často vyuţívají pro malá zatíţení
a k poskytování rezervního výkonu /21, US EPA, 1997/.
Některé motory („dvoutaktní, nízkorychlostní“) mohou dosáhnout více neţ 40 MWel; 30MWel
jiţ není výjimkou. Tyto motory se odvozují od mobilních systémů, které vyrábějí
mechanickou energii pro dopravní prostředky, jako jsou nákladní automobily, vlaky a lodě.
37
V průmyslu dodávajícího elektřinu se tato mechanická energie přeměňuje v generátoru na
energii elektrickou. Tato technika se často vyuţívá pro pohotovostní dodávku. Ve srovnání
s plynovými turbinami není spalování kontinuální (nepřetrţité), ale probíhá v uzavřených
spalovacích komorách. Během spalování se značně zvyšuje tlak a teplota a to umoţňuje u
malých jednotek vysokou účinnost konverze. Většina soustav pouţívá jako kapalného paliva
motorovou naftu nebo těţkého topného oleje, ale je také moţno vyuţívat paliva plynná.
Spalovací motory provozované na těţký topný olej jsou nákladově účinnějším řešením pro
dodávky základní elektřiny na odlehlých místech jako jsou ostrovy.
2.3.3 Plynová (spalovací) turbina
Systémy plynových turbin se provozují podobným způsobem jako systémy parních turbin
s tou výjimkou, ţe k otáčení lopatek se namísto páry pouţívají spalné plyny. Kromě
generátoru elektřiny pohání turbina také rotující kompresor ke stlačování vzduchu, který se
potom mísí ve spalovací komoře buď s plynem nebo s kapalným palivem. Většího stlačení,
vyšší teploty a účinnosti lze potom dosáhnout v plynové turbině. Plyny vypouštěné z turbiny
emitují do atmosféry. Na rozdíl od systému parní turbiny, nemají systémy plynových turbin
kotle nebo dodávku páry, kondenzátory (výměníky) nebo systém zneškodňování odpadního
tepla. Proto jsou investiční náklady na systém plynové turbiny mnohem niţší neţ na systém
parní. U zařízení na výrobu elektřiny se plynových turbin pouţívá běţně při špičkových
potřebách, kde je zapotřebí rychlého najetí a krátkého provozu /21, US EPA, 1997/.
Plynové turbiny se oproti topeništi provozují za zvýšeného tlaku. V plynových turbinách se
mohou pouţít přímo pouze čistá paliva, hlavně zemní plyn často s motorovou naftou jako
zálohou. Popelnatá paliva potřebují systémy čištění spalin na vstupu do PFBC nebo čištění
plynu při zplyňování. Podrobnější informace se uvádějí v kapitole 7 u systémů spalování
plynu.
Plynových turbin se pouţívá také jako pohotovostního zdroje a při špičkové potřebě ve
velkých sítích. V případě ostrovů se plynové turbiny provozují na kapalná paliva, hlavně na
motorovou naftu při středně zatíţeném nebo základním provozu.
2.4 Společné techniky u parních procesů
2.4.1 Obecně
Většina elektráren se provozuje za vyuţití parního pochodu, který vyuţívá energii paliva
k výrobě páry o vysokém tlaku a teplotě, coţ obojí je pro vysokou účinnost nutné. Přenosu
tepla z paliva se vyuţívá k odpařování kotelní vody a k přehřátí páry. V parní turbině pára
expanduje a v turbině dochází k tlakové ztrátě. Podíl tlakové ztráty závisí na teplotě
chladícího média. Nejvyšší tlak je spojen s maximální elektrickou účinností. Ke kondenzaci
páry je zapotřebí ochlazení.
Jedná-li se o stlačování kapaliny, spotřebuje nejméně energie voda, napájecí voda kotle se
stlačí tak, aby se navrátila do cyklu voda-pára. U kondenzačních elektráren a u kogeneračních
závodů nebo závodů z kombinovanou výrobou tepla a elektřiny se pouţívá k odstranění
kondenzační energie z páry chladících technik.
38
2.4.2 Elektrárna s kondenzací ve vakuu
Tak zvané kondenzační elektrárny vyuţívají chladících zdrojů z okolního prostředí ke
kondenzaci páry na nejniţší dosaţitelnou teplotu a za vakua.
Chlazení mořskou vodou umoţňuje za tímto účelem nejvyšší účinnost, za ní následuje přímé
chlazení vodou z řeky. Nejmodernější účinnou technikou je chlazení, které vyuţívá vloţeného
chladícího cyklu nebo suché chladící věţe. Teplotní gradient mezi parou a okolním
prostředím je nutný k tomu, aby se omezila spotřeba energie přenosem. Protoţe účinnost
elektřiny kolísá s okolní teplotou, odpovídají vypočtené údaje standardním podmínkám.
2.4.3 Kogenerace / kombinovaná výroba tepla a elektřiny
Pro nákladově účinnou výrobu tepla jsou oproti teplotě elektrárny s kondenzací ve vakuu
nutné vyšší teploty. První moţností je odvod páry o vyšším tlaku. Tato pára je ztrátou pro
výrobu elektřiny v nízkotlaké parní turbině, ale teplota je dost vysoká na to, aby se dodávala
do rozvodného systému vytápění, další moţností u kombinované výroby tepla a elektřiny je
odebírat páru z nízkotlaké parní turbiny s menší ztrátou pro výrobu elektřiny. Systém zpětné
kondenzace (nad 1 atmosférou) se týká vody z kondenzace páry o teplotě více neţ 100 ºC.
Běţný systém dálkového vytápění potřebuje teploty mezi 80 a 120 ºC. V kaţdém případě
odvod tepla z optimalizovaného okruhu voda/pára sniţuje elektrickou účinnost. Jak se
mnoţství dotyčného tepla zvyšuje, lze ztráty na elektřině pouţít jako vyuţitelné teplo.
Charakteristickým koeficientem pro poměr získaného rozvodného tepla ku ztrátě elektrické
účinnosti je 7. Při niţších teplotách odběru se tento koeficient zvyšuje. Ale technická a
zdravotní kritéria omezují nejniţší teplotu pro rozvodné systémy vytápění. Obvyklá míra
zuţitkování paliva je mezi 75 a 90 %, kde se v základní energii spojují vysokojakostní
elektřina a teplo.
Kombinovaná výroba tepla a elektřiny a/nebo kogenerace jsou dva podobné procesy pro
dodávky tepla pro rozvody do komunální sféry a pro průmysl. Teplo u průmyslových zařízení
můţe oproti teplotám okolního prostředí vykazovat hodnoty od vysokých teplot po nízké.
V závislosti na teplotách, kterých lze dosáhnout u parního pochodu, můţe mít teplo vyuţívané
v průmyslu vyšší teplotu neţ je u parního procesu nebo dokonce vyšší, neţ je teplota na
výstupu z plynové (spalovací) turbiny. V tomto případě se můţe ztráta průmyslového tepla
vyrovnat pomocí kotlů odpadního tepla (spalinových kotlů) k výrobě páry pro dodávky tepla
niţší jakosti.
Parní pochody vyuţívající tepla odpadního plynu z plynové turbiny, spalovacího motoru nebo
„odpadního“ kondenzačního tepla z parní turbiny při zpětné kondenzaci za vyššího neţ
atmosférického tlaku se mohou vyuţít pro nízkotepelné aplikace. Stejné podmínky jako u
tepelných rozvodů se uplatňují při vyuţívání tepla z kondenzace. Obecně lze říci, ţe
průmyslové provozy nejsou omezeny zimním obdobím s vyššími poţadavky na rozvod tepla.
Tak jsou průmyslové aplikace při stejné situaci provozu zařízení nákladově účinnější.
Není-li k dispozici ţádná dodávka tepla o niţší kvalitě pro kogeneraci v průmyslu, je moţná
pouze rekuperace k výrobě elektřiny v elektrárně s vakuovou kondenzací. V tomto případě je
vyuţití energie paliva omezena na obdobnou přímou výrobu elektřiny se spalinovým kotlem.
U takové výroby elektřiny není ţádného přídavného paliva zapotřebí, protoţe primární
poţadavek na procesní teplo potřebuje všechno palivo.
39
Přídavné spalování můţe kvůli lepší účinnosti optimalizovat výrobu elektřiny pouze při
zvýšené teplotě páry. To ukazuje, ţe vyuţití paliva samo o sobě není opatřením s dobrou
účinností, protoţe se nedá poměřit s kvalitou kogeneračního procesu.
Jen exergie vyuţitá v průmyslu můţe být spolehlivým opatřením, jakoţto opatření všeobecné
kvality pro všechny druhy energie.
Tabulka 2.1 poskytuje informace o procesech kogenerace (CHP) v členských státech EU-15,
jako o procentuálním mnoţství výroby tepla a celkové elektřiny v roce 1998.
Tabulka 2.1: Kogenerační závody (CHP) v EU-15 a CHP jako procentuelní podíl výroby
elektřiny z tepelných elektráren a celkové výroby elektřiny v roce 1998 /186, Eurostat,
2001;187, Eurostat, 2002/
členský stát elektřina z CHP
(GWh)
podíl na elektřině
z tepelných elektráren
(%)
podíl na celkové elektřině
(%)
Belgie 3410 9,6 4,1
Dánsko 25591 66,9 62,3
Německo 41770 11,3 7,5
Řecko 981 2,3 2,1
Španělsko 21916 22,2 11,2
Francie 12660 22,7 2,5
Irsko 404 2,0 1,9
Itálie 44856 21,6 17,3
Lucembursko 329 87,7 22,5
Nizozemí 47835 55,4 52,6
Rakousko 14268 76,2 24,8
Portugalsko 3288 12,8 8,4
Finsko 25128 75,6 35,8
Švédsko 9544 95,5 6,0
Velká Británie 18644 7,4 5,2
Celkem EU-15 270624 21,0 10,9
2.5 Kombinovaný cyklus
2.5.1 Obecně
Pouţívání plynových (spalovacích) turbin servisními společnostmi se nyní vyuţívá
v průmyslovém měřítku a teplota odpadního plynu je asi 500 ºC nebo více. Tato teplota
vytváří moţnost uplatnit přídavný proces parního cyklu. Takové systémy optimalizují parní a
plynové procesy a tím i elektrickou účinnost. Principy kombinovaného cyklu se mohou také
uplatnit u spalovacích motorů.
Dnes se systémy kombinovaného cyklu vyuţívají také u kogenerace nebo CHP s přídavnou
rekuperací tepla z kondenzační energie. Protoţe elektrická účinnost kolísá s teplotou okolního
prostředí jsou údaje přepočítány na standardní podmínky.
40
2.5.2 Přídavné spalování u kombinovaného cyklu plynových (spalovacích) turbin a
navýšení výkonu stávajících elektráren
Kombinovaný cyklus s plynovými turbinami se provozuje s maximální účinností při plném
zatíţení. Při 10 – 20 % přitápění spalinovým kotlem začíná celková účinnost klesat, ale
zůstává vyšší, neţ kdyby se začlenil samostatný kotel. Z tohoto důvodu se přitápění kotlem na
odpadní teplo často pouţívá v průmyslu při tepelných procesech malého rozsahu špičkového
zatíţení a pro centrální rozvody tepla.
O zvýšení podílu vyráběné elektřiny u stávajících elektráren na uhlí, olej a plyn, které
vyuţívají parního procesu navíc s plynovou turbinou se v současné době diskutuje mnohem
méně. Hlavní výhodou takového uspořádání je malá potřeba prostoru, který je zapotřebí pro
plynovou turbinu a vysoká flexibilita takových systémů.
Známé provozy začaly s tak zvaným kombinovaným zařízením, kde se plynu opouštějícího
plynovou turbinu vyuţilo jakoţto spalovacího vzduchu v parogenerátoru s plynem nebo uhlím
jako palivem pro parní kotel. Při spojení do podoby stávajícího systému s uhlím pro parní
kotel a plynem pro plynovou turbinu si plynová turbina udrţuje svou flexibilitu.
Navýšení výkonu stávajících elektráren s plynovými turbinami nebo s recipročními motory
zvýší elektrickou účinnost. Záměrem je vyrábět elektřinu a také získat výhodu značného tepla
výstupních plynů, které se tvoří během spalování zemního plynu v turbině, tedy zvýšit
výtěţek energie z paliva. Navýšená výroba elektřiny u stávajících tepelných elektráren se dá
také uskutečnit zabudováním recipročních motorů a získáním výhody značného tepla
z výstupních plynů vzniklých např. za pouţití kombinovaného cyklu napájecí vody. Kromě
toho to znamená zvýšení elektrického výkonu zařízení. Posílení elektrického výkonu přebírá
plnou výhodu hlavního stávajícího strojního vybavení a sloţek, stejně jako stávajícího
pomocného vybavení a infrastruktury. Elektrárny uplatňují předehřev vzduchu pouţitím
výstupních plynů tak, aby zvýšily účinnost. U kombinovaných zařízení se za tímto účelem
vyuţívá odpadního tepla z plynové turbiny a předehřev vzduchu ke stlačení je omezen
adiabatickým teplem komprese.
Navýšení elektrického výkonu lze pouţít ke zlepšení účinnosti stávajícího kotle ( např. ze 40
na 45 %). Zlepšit energetickou účinnost stávajících zařízení můţe být uţitečné tam, kde
nadkapacita zabraňuje výstavbě nových zařízení. Plynová turbina a kotel se mohou propojit
různými způsoby, které budou záviset na okamţité situaci.
2.6 Typické sloţky parního cyklu
Proces výroby elektřiny z páry tvoří čtyři části: subsystém ohřevu ( palivo k výrobě páry),
parní systém (kotel a systém přívodu páry), parní turbina (obr. 2.1) a kondenzátor (pro
kondenzaci vyuţívané páry).
41
Obr. 2.1: Moderní parní turbina elektrárny spalující uhlí /165, NWS, 2001/
Teplo pro systém se obvykle získává spalováním uhlí, zemního plynu nebo topného oleje
(nafty). Palivo se přečerpává do ohniště kotle. V malých kotlích se pára vyrábí v tlakové
nádobě kotlů nebo u moderních uţitkových a průmyslových kotlů v potrubním vodním
systému ve stěnách (obr. 2.4). Přídavné prvky uvnitř kotle nebo spojené s kotlem, jako je
přehřívák, přihřívák, ohřívák napájecí vody, ohřívák vzduchu (výměníky vzduch/spaliny)
zvyšují účinnost kotle.
Odpady z procesu spalování zahrnují výstupní plyny a kdyţ se pouţívá jako paliva uhlí nebo
topného oleje (nafty), pak také popel.
V kotli se vyrobí pára o vysoké teplotě a tlaku a potom vstupuje do parní turbiny, jak ukazuje
schematický nákres na obr. 2.2. Na druhém konci parní turbiny je kondenzátor, kde se
udrţuje nízká teplota a tlak. Pára, která se ţene z vysokotlakého kotle do nízkotlakého
kondenzátoru roztáčí lopatky turbiny, které pohánějí generátor elektřiny.
Schematický obrázek, který ukazuje Braytonův cyklus, popisující proces v plynové turbině
lze nalézt v příloze 10.1.3 tohoto dokumentu.
42
Obr. 2.2 : Schéma ideálního spalovacího cyklu / 54, Cortés a Plumed, 2000/; /55, Cengel a
Boles, 1994/; /56, Rogers and Mayhew, 1967/
Pára expanduje a pracuje; z toho důvodu je turbina na výstupním konci páry širší. Teoretická
tepelná účinnost jednotky závisí na vysokém tlaku a teplotě v kotli a nízké teplotě a tlaku v
kondenzátoru.
Obr. 2.3: Moţná koncepce elektrárny / 113, Verbundkraft, 2001/
43
Vysvětlivky:
Stav: pára/voda Stav:vzduch/spaliny
1 kotel
2 topeniště (ohniště)
3 vysokotlaký přehřívák páry
4 vysokotlaký díl turbiny
5 středotlaký přehřívák páry
6 středotlaký díl turbiny
7 nízkotlaký díl turbiny
8 generátor
9 kondenzátor
10 chladící voda
11 čerpadlo chladící vody
12 čerpadlo kondenzátu
13 úprava kondenzátu
14 nízkotlaký ohřívák napájecí vody
15 zásobní nádrţ napájecí vody
16 čerpadlo napájecí vody
19 průtok spalin
20 rozstřik čpavku
21 katalyzátor
22 výměník vzduch/spaliny
23 spaliny k odprášení a odsíření
24 výměník vzduch/spaliny
25 zásobník uhlí
26 uhelné mlýny
27 vzduch pro hořáky
28 uhelný hořák
29 plynový hořák
30 odvod strusky
31 by-pass
17 vysokotlaký ohřívák napájecí vody
18 ohřívák napájecí vody /ekonomizér
Nízkotlaká pára, která vystupuje z turbiny, vstupuje do ústrojí kondenzátoru a kondenzuje na
jeho potrubí. Potrubí kondenzátoru se udrţuje na nízké teplotě proudem chladící vody.
Kondenzátor je nutný pro účinný provoz, protoţe umoţňuje pokles vypouštěné páry na nízký
tlak. Jakmile se pára ochladila natolik, aby zkondenzovala, přepravuje se kondenzát kotelním
systémem napájecí vody zpět do kotle, kde se opět pouţije. Tím, ţe se stane nízkoobjemovou
nestlačitelnou kapalinou, můţe se vodní kondenzát účinně přečerpat zpět do vysokotlakého
kotle.
V potrubí kondenzátoru je zapotřebí konstantního dostatečného průtoku chladící vody o nízké
teplotě, aby se udrţel plášť kondenzátoru ( na straně páry) na příslušném tlaku a zajistila se
účinná výroba elektřiny. Během procesu kondenzace se chladící voda ohřívá. Pokud je
chladící systém otevřený nebo průtočný, vypouští se teplá voda zpět do zdroje vodního tělesa.
V uzavřeném systému se teplá voda chladí recirkulací průchodem chladícími věţemi, jezery
nebo nádrţemi, kde teplo uniká do ovzduší odpařováním a/ nebo praktickým přenosem tepla.
Pouţije-li se systému recirkulačního chlazení, je třeba jen malého mnoţství přídavné vody,
aby se vyrovnaly únosy z chladících věţí, ale je třeba vodu vypouštět pravidelně, aby se
odstranily případné nánosy z vedení okruhu. Ve srovnání s průtočným systémem uţívá
recirkulační systém asi jednu dvacetinu vody / 21, US EPA, 1997/.
2.6.1 Kotel
Všeobecně se pouţívají obvykle tři typy kotlů: s přirozeným oběhem, nuceným oběhem a
průtočné kotle, které dnes zaujímají téměř 70 % světového trhu průtočných kotlů. Obr. 2.4
ukazuje schematický náčrt hlavních rozdílů mezi koncepcí kotle s přirozeným oběhem a
průtočným kotlem.
44
Obr. 2.4: Koncepce průtočného kotle s přirozeným oběhem /80, Siemens, 2000/
U kotlů s přirozeným oběhem se k vytvoření přirozeného oběhu vyuţívá rozdílů hustoty mezi
parou o vysoké teplotě a parou o teplotě nízké a vodou. U kotlů s nuceným oběhem se navíc
při rozdílnosti hustoty podporuje cirkulace pomocí čerpadel. U průtočných kotlů určují průtok
vody napájecí čerpadla a voda se během jediného průchodu odpaří. Výhody průtočného kotle
jsou následující:
výroba páry o jakémkoliv tlaku
nejvyšší dosaţitelná účinnost při nadkritických parametrech páry
vysoce účinné zařízení dokonce i při částečném zatíţení
krátký časový interval pro náběh
provoz s klouzavým tlakem při přechodech vysokého zatíţení
vhodný pro všechna paliva dostupná na světovém trhu
Sloţky kotle
Kotel, nebo generátor páry (parogenerátor) je kombinací ekonomizéru (ohříváku napájecí
vody), výparníku, přehříváku a přihříváku.
ekonomizér: za okruhem voda/pára se napájecí voda ohřívá v ekonomizéru na teplotu
10ºC pod bod nasycení. Ekonomizér je prvním tepelným výměníkem v kotli
nahromaděného tepla z nízkoteplotních spalin, který je umístěný na výstupu z kotle.
výparník: ve spalovací komoře se uvolňuje chemicky vázaná energie paliva a prochází
kotlem a přes stěny výměníku tepla do okruhu voda/pára. Ohřátá voda se potom odpařuje
v kotelním výparníku přinejmenším na nasycenou páru za podkritických podmínek tlaku
vody/páry nebo při nadkritických podmínkách na přehřátou páru.
45
Obvykle jsou ve stěnách spalovací komory zabudovány trubky výparníku a jsou řazeny ve
vertikálním uspořádání nebo ve spirále.
Několik moderních závodů pracuje s nadkritickým tlakem voda / pára, tj. tlakem nad
kritickým bodem ve fázovém diagramu voda-pára. Při nadkritickém tlaku nastává přeměna
vody na páru bez přechodné fáze tak, ţe energie odpařování je nulová a změnu v plynoucí
kapalině představuje pouze maximální tepelná kapacita.
přehřívák: přehřívák vyuţívá k výrobě přehřáté páry nejvyšší teploty spalin v prostoru
kotle. Přehřátá pára má teplotu značně nad tlakově závislou kondenzační teplotou. Takové
teploty jsou zapotřebí, aby se usnadnil pokles vysokého tlaku v parní turbině a tedy se
zabránilo kondenzaci během expanze páry ve vysokotlakém dílu parní turbiny. Expanze
páry je spojena s tlakovou ztrátou a s adiabatickým poklesem teploty páry. Část této
expandované páry se odebírá a pouţívá se k přenosu tepla do napájecí vody.
přihřívák: velká mnoţství páry se v soustavách ohříváků opakovaně ohřívají spalinami,
aby se uvolnila další práce a dosáhlo se vyšší účinnosti v následném středotlakém dílu
parní turbiny. K optimalizaci účinnosti pouţívají nové závody často dvoustupňový ohřev
ještě předtím, neţ se pára zavede do nízkotlakého dílu turbiny.
2.6.2 Parní turbina
V parní turbině se tepelná energie páry mění na mechanickou práci ( tj. rotaci turbinové
hřídele). K tomu dochází mezi místem vstupu páry a kondenzátorem, přičemţ se expanze páry
vyuţívá jako pohonu. U moderních velkých spalovacích zařízení klesá během této adiabatické
expanze páry její teplota v souvislosti s tlakovou ztrátou z 300 na 0,03 bary. Následkem
velkého rozdílu tlaku působí expanze páry běţně v parních turbinách ve třech stupních – jako
vysokotlaká, středotlaká a nízkotlaká. Tyto stupně ve většině případů umoţňují ohřát páru
v přihřívácích ještě neţ znovu vstoupí v parní turbině do následujícího nejniţšího tlakového
stupně.
2.6.3 Kondenzátor
Nakonec v kondenzátoru umístěném za nízkotlakou částí turbiny pára kondenzuje zpět na
vodu (kondenzát). Po expanzi v parní turbině zbývá v páře určitá kondenzační a kinetická
energie, která se nepřenáší do energie mechanické. Účinné kondenzační systémy umoţňují
sníţení tlaku parní turbiny značně pod atmosférický tlak (vakuum klesá na 0,03 barů
v závislosti na teplotě chladícího média a hmotnostním toku chladící vody). To maximalizuje
odběr mechanické energie z expanze páry v turbině.
2.6.4 Chladící systém
Chladící techniky se uplatňují při odstraňování kondenzační energie z páry, tj.
termodynamicky nevyuţitelné energie procesu. Některé podrobnější informace o chladících
technikách se uvádějí v dokumentu BREF o chlazení.
46
2.6.5 Měrné náklady na různé koncepce elektráren
Informace o měrných nákladech na různé koncepce a projekty energetických závodů uvádějí
odkazy /166, Müller-Kirchenbauer, 1991/ a /163, Müller-Kinchenbauer, 2001/. Předloţené
koncepce a projekty odpovídají návrhům, které jsou důleţité pro současné potřeby
celosvětové výroby energie, nebo které by se mohly potenciálně pouţít v budoucnu ( tj.
projekty, které jiţ jsou, nebo budou brzy na trhu a projekty s vysokými účinnostmi, jejichţ
technická proveditelnost se odzkoušela).
Také se počítá s náklady na zařízení pro čištění spalin odprašováním a odsiřováním. Rozsah
nákladů pro čištění spalných plynů je vyšší při zařazení příslušných opatření, jako je
selektivní katalytická redukce ke sníţení emisí NOx, coţ jsou standardní techniky ve velkém
počtu spalovacích závodů, které se dnes provozují. Obr. 2.5 ukazuje celkové investiční
náklady (v USD) a rozpis nákladů podle poloţek u 9 koncepcí energetických závodů.
Obr. 2.5: Specifické investice a jejich struktura u vybraných koncepcí elektráren
/ 163, Müller-Kirchenbauer, 2001/
Ve vyzrálosti těchto koncepcí existují značné rozdíly. Například energetické závody s cyklem
podkritické páry se ve světě provozovaly po desítky let a zdokonalovaly se a nepřetrţitě se
vyvíjely, kdeţto ostatní techniky se ještě zkoumají a vyvíjejí. Postupný vývoj technologie
cyklu podkritické páry vedl ke generátorům nadkritické páry, které spojují výhody vysoké
dostupnosti s vyšší účinností.
47
Parní generátory pro páru s 580C a 260 bary byly v komerčním provozu několik let a v
současnosti dosahují dalšího stupně, tj. tyto parametry se zvýšily na 600 C a 300 barů.
Také existuje větší mnoţství provozních zkušeností, které se získaly při komerčním pouţití u
plyn spalujících energetických závodů s kombinovaným cyklem. Spalování v tlakovém
fluidním loţi a integrované cykly spojené se zplyňováním jsou v provozu u několika
ukázkových a pilotních zařízení. Koncepce s ultra nadkritickou parou (700C a 375 barů),
externím spalováním uhlí, nebo s palivovými články však ještě potřebují další výzkum a
vývoj /166, Müller-Kirchenbauer, 1999; 163, Müller-Kirchenbauer, 2001/.
2.7 Účinnost
Existují různé způsoby, jak popsat účinnost spalovacího zařízení tak, ţe je nutné říci, jak je
účinnost definována, nebo se definovat můţe a za jakých podmínek ji lze měřit. Existuje také
celá řada vnitrostátních norem, jako např. /48, VDI, 1998/; /52, BSI, 1974/; /51, DIN, 1996/,
které popisují schválené testy a měření určitých účinností.
Účinnosti definované pod /48, VDI, 1998/ se musí chápat jako účinnosti při určitém
elektrickém výkonu za běţného provozního reţimu tj. kdyţ se elektrárna provozuje v denním
reţimu výroby ( např. při daném počtu mlýnů, počtu hořáků, s ohřívákem nebo bez něho).
Počítají se z průměrných naměřených hodnot získaných z hodnot zaznamenaných za určité
časové období.
2.7.1 Carnotova účinnost
Ideální účinnost, nebo Carnotova účinnost tepelného procesu je mírou kvality přeměny tepla
mezi dvěma teplotními hladinami v práci. Carnotova účinnost můţe být popsána následovně:
To
ηc = 1 - --------------
T
To je zde teplotou okolního prostředí a T je teplota, při které se získá nebo odevzdá teplo,
oboje vyjádřené v Kelvinově stupnici (T(K) = T (º C) + 273,15). Obr. 2.6 porovnává ideální
(Carnotovu) účinnost s účinnostmi, kterých se skutečně dosahuje v současnosti pouţívanými
spalovacími (tepelnými) technikami.
48
Obr. 2.6 Ideální (Carnotova účinnost) porovnána s účinnostmi skutečně dosahovanými při
tepelných technikách výroby energie, které se pouţívají v současnosti.
2.7.2 Tepelná účinnost
Definice tepelné účinnosti zohledňuje pouze skutečný cyklus procesu pouţitého v elektrárně.
Účinnost je potom poměr uţitečného mechanického výkonu k proudu tepla přeneseného do
cyklu procesního media (zpravidla do vzduchu nebo vody).
V této souvislosti je uţitečný mechanický výkon mechanickým výkonem turbiny, kdy je
turbinou poháněno napájecí čerpadlo, které je v provozu při odvádění páry z hlavní turbiny.
Protoţe čerpadlo kondenzátu přispívá téţ ke zvýšení tlaku, povaţuje se z termodynamického
hlediska za součást napájecího čerpadla. Jeho mechanický výkon se tudíţ musí odečíst od
mechanického výkonu turbiny. Mechanický výkon turbiny v termodynamickém smyslu je
v tomto případě výkon pocházející z hmotnostního toku páry a z rozdílu entalpií. Pokud je
napájecí čerpadlo poháněno elektrickým motorem, potom je uţitečný mechanický výkon
roven rozdílu mezi mechanickým výkonem turbiny minus výkon pohonu napájecího čerpadla
plus výkon čerpadla na kondenzát. Toho se také vyuţívá, kdyţ se napájecí čerpadlo pohání
přímo hřídelí turbiny. Tepelný tok přenesený do procesu je tepelným tokem přeneseným do
parovodního cyklu.
V případě kombinovaného procesu parní a plynové turbiny je uţitečný mechanický výkon
mechanickým výkonem parní turbiny plus mechanickým výkonem plynové turbiny, kde je
napájecí čerpadlo poháněno turbinou, která se provozuje odváděnou parou. Výkon čerpadla
kondenzátu se však musí od toho odečíst. Je-li napájecí čerpadlo poháněno elektrickým
motorem, potom je uţitečný mechanický výkon roven rozdílu mezi mechanickým výkonem
turbiny a hnacím výkonem napájecího čerpadla + kondenzačního čerpadla. Tepelný tok
přenesený do procesního okruhu při paroplynovém pochodu turbiny je roven toku tepla
přeneseného do vzduchu ve spalovací komoře plynové turbiny plus toku tepla, který se
přenese do parovodního cyklu v parogenerátoru při spalování. V kotelní jednotce čistě na
odpadní teplo je tepelný tok přenesený do parovodního cyklu nulový /48, VDI, 1998/.
49
2.7.3 Účinnost jednotky
Definice účinnosti jednotky bere v úvahu celou jednotku elektrárny tak, jak zobrazuje obr.
2.7. Účinnost jednotky je potom poměrem čistého elektrického výkonu k energii dodané
palivem. Elektrický výkon je podle této definice výkonem na vysokonapěťové straně
hlavního transformátoru.
Obr.2.7: Přenos energie v tepelné elektrárně / 64, UBA, 2000/
2.7.4 Účinnost jednotky při odběru páry
Jestliţe se v elektrárenské jednotce pára odebírá k ohřevu nebo provozním účelům, potom jiţ
tato pára není nadále k dispozici k výrobě energie. Aby se v tomto případě mohla porovnat
účinnost jednotky s účinností čisté výroby elektřiny, musí se elektrický výkon, který by se
mohl získat z páry odebírané pro ohřev, pokud musela expandovat na tlak kondenzátoru,
přičíst k elektrickému výkonu.
Pro odvod páry k ohřevu se pouţívá korekce na ztrátu elektřiny. Takovou korekci lze ukázat
na diagramu předvedeném v /48, VDI, 1998/. U těchto diagramů závisí charakteristika ztráty
elektřiny na teplotě proudu s vratnou teplotou, jakoţto parametru pro jednostupňový,
dvoustupňový a třístupňový ohřev. Diagramy vyuţívají kondenzačních tlaků 30, 40, 70 a 80
milibarů.
V případě odvádění provozní páry se kondenzát můţe vracet do okruhu pouze v omezeném
mnoţství, pokud vůbec. To by znamenalo diagramy s příliš mnoha ukazateli. Působení
vratného kondenzátu se můţe ale oddělit od vlivu odváděné páry. V diagramech uvedených
v normě /48, VDI, 1998/ je rovněţ znázorněna korekce na odvádění procesní páry.
50
2.7.5 Pojetí exergie a účinnost exergie
Přesto, ţe lze elektřinu konvertovat na teplo (ačkoliv není ovšem moţný úplný reversibilní
proces), má elektřina vyšší důleţitost neţ teplo. Protoţe teplo obsahuje vyšší podíl přeměněné
energie při vyšších teplotách, neţ je tomu při teplotách niţších, je kvalita tepla o vyšších
teplotách vyšší neţ při teplotách niţších.
Tyto problémy zohledňuje pojem exergie, který vyjadřuje (konvertibilitu) přeměnitelnost
energie za kvalitativních podmínek. To lze provést za pouţití koeficientů kvality (QF), které
udávají podíl exergie na celkovém mnoţství energie. Koeficient kvality pro elektřinu a
mechanickou energii je 1 ( elektřina je čistá exergie). Koeficient kvality tepla však závisí na
teplotě, při které je teplo k dispozici. Výraz pro jednu jednotku tepla o teplotě T vloţenou do
práce je jiţ dlouho znám. Nazývá se Carnotovým koeficientem a uţ se o něm diskutovalo
v kapitole 2.7.1. Carnotův koeficient je zcela prostě faktorem kvality tepla. Tento koeficient je
vţdy menší neţ 1, při vyrovnání teploty s teplotou okolí je nulový / 49, Electrabel, 1996/.
Vyuţitím takových jednoduchých koeficientů kvality pro příkon energie (En Energetický příkon) a
uţitečný výkon energie (En Energetický výkon) procesu se můţe vypočítat exergetická účinnost
spalovacího procesu a porovnat ji s účinností paliva. Exergetickou účinnost lze vyjádřit
následovně (viz obr. 2.8).
ηex = Σ (QF x En uţitečného výkonu energie) / Σ (QF x En příkonu energie)
Za pouţití této metodiky lze provést porovnání energetické a exergetické účinnosti tak, jak
ukazuje příklad uvedený dále. Výsledky různých druhů spalovacích technik uvádí tabulka 2.2.
Obr.2.8: Příklad demonstrace metodiky pro výpočet účinnosti exergie / 49, Electrabel, 1996/
Vysvětlivky k obrázku: To = teplota okolí v Kelvinech (Oº C=273 K)
Tw = teplota dodaného tepla (v K)
QF = koeficient kvality (poměr exergie/energie)
ηC = Carnotův koeficient tepla (koeficient kvality tepla)
E = výkon elektrické energie (%)
H = uţitný výkon tepelné energie (%)
L = tepelné ztráty (%)
I = energie dodaného paliva (= 100 %)
51
Tab.2.2: Příklady energetické a exergetické účinnosti různých typů spalovacích zařízení
/Údaje jsou převzaty z 49, Electrabel, 1996/
exer
gic
ká
úči
nn
ost
ηex
0,1
8
0,5
5
0,4
5
0,5
5
0,5
5
0,5
2
0,5
4
0,4
6
celk
ov
ý
ener
get
.
vý
ko
n
EO
(úči
nn
ost
pal
iva)
0,9
0
0,5
5
0,8
0
0,6
2
0,7
8
0,8
0
0,8
0
0,9
0
fak
tor
kv
alit
y
elek
třin
y
- 1
1
1
1
1
1
1
ko
efic
ien
t
kv
alit
y t
epla
T
o
QF
=1
- --
----
T
0,2
- 0,4
2
0,4
2
0,4
2
0,4
2
0,4
2
0,2
0
T
w
tep
lota
do
dan
.
tep
la (
K)
34
3
- 47
3
47
3
47
3
47
3
47
3
34
3
exte
rní
ztrá
ty
(%)
10
45
20
38
22
20
20
10
uţi
tný
vý
ko
n
tep
eln
é
ener
gie
(%)
90
0
60
12
40
48
45
55
vý
ko
n
elek
tr.
ener
gie
(%)
0
55
20
50
38
32
35
35
ener
gie
dod
anéh
o
pal
iva
(=1
00
%)
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
10
0
Tec
hn
ika s
palo
ván
í
Tab
ulk
a 2.2
: P
říkla
dy ú
činnost
i
ener
gie
a e
xer
gie
rů
zných
typů
spal
ovac
ích z
aříz
ení
/49 E
lect
rab
el
19
96/
vý
rob
a te
pla
- t
yp
:topný k
ote
l pro
vy
táp
ění
pro
storu
, kde
Tw =
70 °
C
(343
K)
vý
rob
a el
ektř
iny
- ty
p:
kom
bic
yk
lus
(so
uča
sná
vyso
ce v
ýtě
ţná
tech
nolo
gie
kom
bin
ovan
ých
cyk
lů
prů
mysl
ový
kog
ener
ačn
í zá
vod C
HP
ty
p:
par
ní
kote
l +
pro
titl
aková
par
ní
turb
ina,
kde
Tw =
200 °C
(473 K
)-
(pár
a pro
prů
mysl
ový p
roce
s)
prů
mysl
ový k
ogen
erač
ní
závod C
HP
;
typ
: kom
bic
yklu
s s
odběr
em p
áry,
kd
e T
w =
200 °
C (
473 K
)
( p
ára
pro
prů
mysl
ový p
roce
s)
prů
mysl
ový k
ogen
erač
ní
závod C
HP
;
typ
: ply
nová
turb
ina
(nová
tech
nolo
gie
) s
ko
tlem
na
rekuper
aci
pár
y, kde
Tw =
200 °
C (
473 K
)
prů
mysl
ový k
ogen
erač
ní
závod C
HP
;
typ
: ply
nová
turb
ina
s k
otl
em n
a
rek
up
erac
i pár
y,
kde
Tw =
200 °
C (
473 K
)
prů
my
slový k
og
ener
ačn
í zá
vod C
HP
typ
: ply
nová
turb
ina
s r
ekuper
ačn
ím
ko
tlem
na
pár
u s
pro
titl
ako
u p
arn
í
turb
inou, kd
e T
w =
200 °
C (
473
K)
ko
gen
erač
ní
závod (
CH
P)
v m
além
měř
ítku ;
typ:
ply
nový m
oto
r
s v
ým
ěník
em t
epla
, kd
e T
w =
70 °
C
(343
K)
pro
vytá
pěn
í pro
storu
a p
ro
prů
mysl
ové
pouţi
tí v
mal
ém m
ěřít
ku
52
2.7.6 Vliv klimatických podmínek na účinnost
Klima vyjádřené za podmínek mokrých a suchých teplot je značně důleţitou místně
specifickou okolností. Ovlivňuje jak výběr typu chlazení, tak moţnou teplotu na konci
procesu. Proti chlazení vzduchem a/nebo vodou svědčí to, ţe při vysoké potřebě chlazení je
mnohem těţší dostát poţadavkům. Zejména v oblastech, kde během části roku dochází k
vysokým teplotám vzduchu a vody a ta je zároveň méně dostupná, můţe být u systému
chlazení velmi důleţitá určitá provozní flexibilita a lze jí dosáhnout kombinací chlazení
vodou a vzduchem. Někdy se však musí určité ztráty účinnosti akceptovat.
K dosaţení potřebné teploty musí mít chladící médium niţší teplotu neţ médium, které se má
ochladit, ale to závisí na suchých nebo mokrých teplotách. Mokrá teplota je vţdy niţší neţ
teplota suchá. Mokrá teplota závisí na naměřené teplotě atmosféry, na vlhkosti a tlaku
vzduchu. U přenosu latentního (odparného tepla) je mokrá teplota teplotou relevantní. Je to
teoreticky nejniţší teplota, na níţ lze vodu odparem ochladit. Při patrném přenosu tepla je
relevantní teplota suchého vzduchu, kde je vzduch chladícím médiem.
Při volbě typu a projektu chladícího systému je důleţitá projektovaná teplota a obvykle se
váţe k letním úrovním mokrých a suchých teplot (mokrého a suchého teploměru). Větší rozdíl
mezi těmito teplotami a vyšší suché teploty ztíţí dosáhnout nízkých konečných teplot
suchými, vzduchem chlazenými systémy. Jak jiţ bylo uvedeno, můţe to vést ke ztrátám
účinnosti. K překlenutí ztráty lze přijmout opatření, ale ta vyţadují určitou investici.
Jako příklad ukazuje tabulka 2.3, jak za různých klimatických podmínek můţe v Evropě
volba suchých nebo mokrých chladících systémů v důsledku Carnotova cyklu způsobit ztrátu
účinnosti procesu. U příkladu se uvaţuje, ţe vstup u mokrého chlazení je 4 K a ten se musí
přičíst k mokré teplotě, aby se získala minimální konečná teplota chladícího média. Vstup u
suchého chlazení je stanoven na 12 K a přičte se k suché teplotě. Větší rozdíl mezi konečnými
teplotami suchého a mokrého teploměru způsobí vyšší ztrátu účinnosti (u tohoto příkladu),
kde dojde v průměru ke ztrátám 0,35 % / K. Současně například při 5% ztrátě účinnosti by
byla účinnost konvenční elektrárny 38,6 % namísto 40 %.
53
Tab. 2.3: Příklady vlivu klimatických podmínek v Evropě na ztrátu účinnosti elektráren
/45, Eurovent, 1998/
Země a stanice 1
Parametr
teplota
suchého
teploměru
(1%) ²)
(ºC)
teplota
mokrého
teploměru
(1%) ²)
(ºC)
rozdíl
teplot
(K)
konečná
teplota
suchého
systému ³)
(ºC)
konečná
teplota
mokrého
systému 4)
(ºC)
Δ T
mokrý
-suchý
(K)
ztráta
účinnosti
(%) 5)
Řecko Athény 36 22 14 48 26 22 7,7
Španělsko Madrid 34 22 12 46 26 20 7,0
Francie Paříţ 32 21 11 44 25 19 6,7
Itálie Řím 34 23 11 46 27 19 6,7
Rakousko Vídeň 31 22 9 43 26 17 6,0
Německo Berlín 29 20 9 41 24 17 6,0
Nizozemí Amsterodam 26 18 8 38 22 16 5,6
Francie Nice 31 23 8 43 27 16 5,6
VB Londýn 28 20 8 40 24 16 5,6
Německo Hamburg 27 20 7 39 24 15 5,3
Norsko Oslo 26 19 7 38 23 15 5,3
Belgie Brusel 28 21 7 40 25 15 5,3
Španělsko Barcelona 31 24 7 43 28 15 5,3
Finsko Helsinky 25 19 6 37 23 14 4,9
Dánsko Kodaň 26 20 6 38 24 14 4,9
Portugal. Lisabon 32 27 5 44 31 13 4,6
VB Glasgow 23 18 5 35 22 13 4,6
Irsko Dublin 23 18 5 35 22 13 4,6
vysvětlivky:
(1) údaje uvedené v tabulce jsou ilustrací rozdílnosti klimatu v Evropě. Ostatní odkazy
mohou poskytnout lehce rozdílné údaje. Přesné údaje nebo místo lze analyzovat
prostřednictvím meteorologické stanice.
(2) statisticky je pouze 1 % maximálních teplot nad tímto údajem
(3) vstup 12 K
(4) vstup do mokrého systému : 4 K
(5) ztráta účinnosti v průměru 0,35 % / Δ T K
54
2.7.7 Vztah mezi účinností a problémy ţivotního prostředí
Podle /64, Agentury pro ţivotní prostředí Rakouska (UBA), 2000/ má zvýšení účinnosti
následující dopady na spotřebu paliva, odpadní teplo a emise:
2.7.8 Ztráty účinnosti u spalovacích zařízení
Tepelná energie jako výsledek spalování fosilních paliv se přenáší do pracovního média
(páry). Během tohoto pochodu se část energie ztrácí ve spalinách. Celkové ztráty z výroby
páry jsou závislé na palivu (obsahu popela a vody, výhřevnosti); na výkonu a provozu parního
generátoru; na směsi paliva se vzduchem; na finální teplotě spalin a reţimu provozu. Provoz
parního generátoru vyţaduje nepřetrţitý dozor.
Tepelné ztráty z parního generátoru se mohou rozdělit následovně:
ztráty spalinami. Ty závisejí na teplotě spalin, na směsi se vzduchem, sloţení paliva a
míře zanesení kotle
ztráty chemickým nedopalem s hořlavinou ve spalinách. Nedokonalé spálení způsobuje
výskyt CO a uhlovodíků ve spalinách
ztráty mechanickým nedopalem s hořlavinou v tuhých zbytcích, jako je uhlík v popelu a
popílku
ztráty teplem přes popel loţe a popílek z granulačního kotle (DBB) a škváru a popílek
z výtavného kotle (WBB)
ztráty vedením a sáláním. Ty hlavně závisejí na kvalitě izolace parního generátoru
η1
úspory paliva Δ e = 1 - --------
η2
Δ e
sníţení odpadního tepla Δ a = ------------
1 - η1
η1
sníţení emisí CO2 Δ C = 1 - ---------
η2
3,6 .VR .x 1 1
sníţení znečištění Δ ε = ------------- . (------ - -------) (mg/kWh)
plynnými emisemi Hu η1 η2
kde je:
η1 = účinnost před modernizací
η2 = účinnost po modernizaci
VR = objem vzduchu/ kg paliva (m3/kg)
x = prahová limitní hodnota (mg/ m3 )
Hu = výhřevnost (MJ/kg)
55
Kromě tepelných ztrát se musí počítat se spotřebou energie nutné pro provoz pomocných
zařízení (vybavení k přepravě paliva, uhelné mlýny, čerpadla a ventilátory, systémy
odstraňování popela, čištění výhřevných ploch atd.).
Špatné spalování sniţuje ekonomickou schůdnost, zvyšuje dopady na ţivotní prostředí a
poškozuje bezpečnost zařízení. Následující parametry ovlivňují nepříznivým způsobem
ţivotnost zařízení a proto by se měly monitorovat, aby se účinnost zařízení udrţovala co
moţná nejvyšší:
Jedná se o:
sloţení paliva
jemnost mletí
sloţení spalin (CO2, CO, O2)
směs se vzduchem a objemový průtok spalin
přisávání vzduchu do spalovacího prostoru
kotelní inkrustace
teploty spalovacího vzduchu a spalin
působení teploty na výhřevné plochy
redukce tahu
profil plamene
spalitelný podíl ve zbytku (ztráta ţíháním)
2.7.9 Obecně pouţitelná technická opatření ke zlepšení účinnosti velkých spalovacích
zařízení
Kogenerace (CHP)
Výroba tepla (pro procesní páru nebo rozvody tepla) a elektrické energie zvyšují účinnost
paliva (zuţitkování paliva) přibliţně na 70 – 90 %.
Spalování
Palivo se mísí se vzduchem a spaluje se v kotli. Není moţné získat ideální směs paliva a
vzduchu a proto se do kotle dodává více vzduchu, neţ je ke stechiometrickému poměru
spalování nutno. Kromě toho se malé procento paliva zcela dokonale nespálí. Teplota spalin
se musí udrţovat dost vysoká, aby se předešlo kondenzaci kyselých substancí na výhřevných
plochách.
Nespálený uhlík v popelu
Optimalizace spalování vede k menšímu podílu nespáleného uhlíku (nedopalu) v popelu. Je
třeba poznamenat, ţe technologie pro potlačení NOx pomocí modifikace spalování (primární
opatření, preventivní) mají tendenci zvyšovat podíl nespáleného uhlíku. Zvýšené mnoţství
nedopalu také zhoršuje a poškozuje kvalitu uhelného popílku a ztěţuje, nebo dokonce
znemoţňuje jejich zuţitkování pro určité pouţití s rizikem, ţe nemusí být v souladu se
specifikacemi a poţadavky, které ukládají příslušné normy jednotlivých států a EU.
Přebytek vzduchu
Mnoţství vyuţívaného přebytku vzduchu závisí na typu kotle a na povaze paliva. Běţně je
přebytek vzduchu u granulačního kotle vytápěného práškovým uhlím 20 %. Z důvodu kvality
spalování (souvisejícího s CO a tvorbou nedopalu) a také s ohledem na korozi a bezpečnost
(např. rizika exploze v kotli), není často moţné výši přebytku vzduchu dále sniţovat.
56
Pára
Nejdůleţitějšími faktory při zvyšování účinnosti jsou; nejvyšší moţná teplota a tlak
pracovního média. V moderních závodech se částečně odčerpaná pára přihřívá jedno nebo
vícestupňovými ohříváky.
Teplota spalin
Teplota spalin opouštějících čistý kotel (závisí na druhu paliva) leţí běţně mezi 120 °C a
170°C s ohledem na rizika kyselé koroze při kondenzaci kyseliny sírové. Některé projekty ale
někdy zařazují druhý stupeň ohříváků vzduchu, aby se tato teplota sníţila pod 100 °C, ale při
speciálním pancéřování ohříváku vzduchu a vyvloţkování komína je takové sníţení
ekonomicky nevýhodné. U elektráren projektovaných bez komínů je teplota spalin mezi 65 a
70 ˚C
Vakuum v kondenzátoru
Po opuštění nízkotlaké části parní turbiny pára kondenzuje v kondenzátorech (výměnících
tepla) a teplo přechází do chladící vody. Aby se zajistila maximální tlaková ztráta za parními
turbinami, je ţádoucí sníţit vakuum na minimum. V podstatě je vakuum určováno teplotou
chladící vody, která je niţší u průtočných chladících systémů neţ u chladící věţe. Nejlepší
elektrické účinnosti je moţné dosáhnout pomocí chlazení mořskou nebo čerstvou vodou a při
tlaku kondenzace asi 3,2 kPa. Je-li k dispozici dostatek říční vody nebo vody mořské, dává se
přednost chlazení čerstvou vodou.
Provoz s kolísavým a stabilním tlakem
V provozech se stabilním tlakem se udrţuje tlak před turbinami při všech úrovních zatíţení
více méně konstantní pomocí změn v průřezu proudu na vstupu do turbiny. U provozů s
kolísavým tlakem s maximálním vstupním průřezem turbiny se elektrický výkon reguluje
změnami tlaku před turbinami.
Kondenzát a ohřev napájecí vody
Kondenzát opouštějící kondenzátor a kotelní napájecí voda se ohřejí parou těsně pod teplotu
nasycení odebírané páry. Tepelná energie z procesu kondenzace se vrací zpět do systému,
přičemţ se sniţuje mnoţství tepla, které jinak uniká z kondenzátoru a tím se zlepšuje
účinnost.
Optimalizační opatření, která se přijala ke zlepšení účinnosti energetických zařízení v letech
1993 aţ 2000, coţ způsobilo sníţení CO2 o 11 mil. tun/rok, ukazuje obr. 2.9.
Obr. 2.9: Zlepšení účinnosti elektráren v letech 1993 aţ 2000 /134, Hourfar, 2001/
57
3 Společné postupy a techniky ke sniţování emisí z velkých
spalovacích zařízení
Ke sniţování emisí ze spalovacích zařízení na výrobu elektrické a tepelné energie existuje
několik postupů, jenţ je moţno vyuţívat, které se odlišují ve vybavení a technikách. Celá
řada technik je společná většině závodů spalujících fosilní palivo a proto se v této kapitole
popisují najednou, aby se v kapitolách pojednávajících o palivu zabránilo opakování.
Tato kapitola uvádí podrobné popisy a informace o následujících společných (obvyklých)
technikách, postupech a problémech a to o:
primárních opatřeních
technikách ke sníţení emisí tuhých znečišťujících látek
technikách ke sníţení emisí oxidů síry
technikách ke sníţení emisí oxidů dusíku
kombinovaných technikách ke sníţení emisí oxidů síry a dusíku
technikách ke sníţení emisí těţkých kovů
technikách ke sníţení dalších znečišťujících látek, vznikajících při spalování fosilních
paliv
technikách k redukci vypouštění znečišťujících látek do vody
technikách k redukci znečišťování půdy
chladících technikách
monitorování emisí a sdělování zpráv
systémech řízení
Vymezení nejlepších dostupných technik (BAT) pro spalování specifických paliv ( černého a
hnědého uhlí včetně lignitu, biomasy a rašeliny, kapalných paliv, plynných paliv a
spoluspalování odpadu a druhotného paliva), na kterém se shodla Technická pracovní
skupina, je zařazeno do kapitol 4 aţ 8.
Různé úseky v těchto kapitolách o technikách, o kterých se uvaţuje při určování BAT,
obsahují podrobnější informace o pouţitém palivu např. o způsobu, jakým se techniky
zdokonalily a liší se od obecně pouţívaného typu. Poskytují také údaje o dosaţitelných
úrovních emisí v oblastech pouţití specifického paliva. Tento přístup se uplatňuje proto, aby
se opakování popisů sníţilo na minimum a umoţnil se přenos informací o technikách
kapitolami.
Kromě EMS (Systému řízení s ohledem na ţivotní prostředí) se nejlepší dostupné techniky
(BAT) u společných procesů popsaných v této kapitole nespecifikují, ale mnohé z těchto
společných procesů a technik jsou také technikami, o nichţ se uvaţuje při určování BAT a
proto budou patřit i k těm nejlepším technikám, které se popisují v kapitolách 4 aţ 8. Kromě
toho, jsou-li techniky popsané v této kapitole vhodné i ke sniţování celkových emisí, mohou
také ovlivnit způsob, jakým se stávající zařízení mohou zdokonalit.
Kapitola 3 by se měla vyuţít ve spojení s kapitolami 4 aţ 8, aby se vytvořil úplný obraz
spalovacího zařízení vytápěného fosilními palivy a objasnily se způsoby, jimiţ lze sníţit
dopad na ţivotní prostředí jako celek.
58
Veřejnosti je k dispozici řada zpráv, sborníků a ostatních dokumentů o sniţování emisí
(zejména do ovzduší a vody) a o tvorbě odpadů a o moţnostech volby opětného vyuţití
odpadních zbytků z procesu. Se zřetelem k technikám uţívaným v současné době při
sniţování emisí do ovzduší z velkých spalovacích zařízení, publikovala Evropská komise (DG
pro dopravu a energii) podrobný technický dokument o čištění spalin / 33, Ciemat, 2000/. Ten
byl vytvořen v rámci programu „Teplo“ a poskytl podkladový materiál v průběhu rozvaţování
o technikách ke sniţování emisí do ovzduší. K získání podrobnějších technických informací je
třeba vyhledat původní dokument.
Sníţení emisí z velkých spalovacích zařízení lze provést různými způsoby, ale obecně lze
opatření rozdělit do dvou kategorií, tj. na opatření primární a sekundární, kde:
Primární opatření znamenají:
Integrovaná opatření ke sníţení emisí u zdrojů nebo během spalování včetně:
opatření týkající se dodávek paliva
modifikace spalování
Sekundární opatření znamenají:
Opatření koncového čištění, tj. taková, která redukují emise do ovzduší, vody a půdy.
3.1 Některá primární opatření ke sniţování emisí
3.1.1 Záměna paliva
O moţnosti záměny paliva z pevného na kapalné nebo plynné a z kapalného na plynné se v
rozsahu tohoto dokumentu neuvaţuje, protoţe technická, ekonomická a strategická
uskutečnitelnost záměny paliva je do značné míry určena místními okolnostmi. Obecně se dá
ale uvaţovat o moţnosti volby vyuţití paliv o niţším obsahu síry, dusíku, uhlíku, rtuti atd.
Technikou ke sniţování emisí popílku, tak i emisí oxidu siřičitého je ještě stále zařízení pro
vypírání uhlí. Pro provozovatele můţe být důleţitější vyuţít ke sníţení emisí nákladově
efektivnější způsob.Techniky pro přípravu paliva se vyuţívají hlavně u zdrojů dodávky a
proto se dále v tomto dokumentu neprobírají, neboť zasahují mimo rozsah tohoto BREF.
3.1.2 Modifikace spalování
Aditiva zavedená do spalovacího systému podporují úplné spálení, ale lze jich také pouţít
jako primárních opatření ke sníţení emisí prachu, SO2, NOx a specifických stopových prvků v
palivu.
Při modifikaci spalování jsou moţná opatření související se spalováním včetně:
sníţení výkonu
modifikace hořáků
modifikace spalování uvnitř topeniště
modifikace vzduchu a paliva ( např. recyklace spalných plynů, předběţné směšování
paliva se vzduchem, vyuţití aditiv, promísení paliva, sušení, jemné mletí, zplyňování,
pyrolýza).
59
Pouţití moţných opatření při modifikaci spalování je uvedeno v tab. 3.1. Podrobnosti o těchto
primárních opatřeních jsou pro kaţdé z pouţitého paliva i systém spalování velmi specifické a
uvádějí se v kapitolách 4 - 8. Primární opatření u pístových motorů jsou popsána v kapitolách
6 a 7.
Tabulka 3.1: Primární opatření ke sniţování emisí /58, Eurelectric, 2001/
Modifikace
spalování
Sníţení výkonu Úprava paliva a vzduchu Úprava hořáků Úprava spalování v
topeništi
Pevná paliva a
redukce
tuhých částic
(PM)
Niţší průtokový
objem a vyšší
přebytek O2
sniţuje teplotu a
škvárování
Předsušení, zplynění,
pyrolýza paliva, přísady do
paliva, tj. nízkotavné přísady
pro ohniště s tavnou
komorou, hydraulické
odstraňováním popela (testy
při tlakovém spalování uhlí
pro plynové turbiny)
Hydraulické
odstraňování
popela,
cyklonový hořák
v topeništi
s tavnou
komorou
Hydraulické
odstraňování popela,
topeniště s tavnou
komorou; spalování
v cirkulujícím fluidním
loţi, regulace hrubého
popílku
Pevná paliva,
redukce SO2
Niţší teplota
sniţuje těkavost
síry
Vyuţití nízkosirného paliva
a přísady sorbentu do
paliva,tj. vápna, vápence
pro spalování ve fluidním
loţi
Hořák se
samostatnou
injektáţí aditiva
Přehřátý vzduch,
injektáţ absorbentů tj.
vápence
Pevná paliva,
redukce NOx
(sníţení tvorby
NOx)
Niţší teplota
Mísení a jemnější drcení
paliva, recyklace spalin
sniţuje tvorbu NOx
Nízkoemisní
hořáky
Odstupňované spalování
a dospalování
Kapalné
palivo,
redukce
tuhých částic
Niţší teplota
sniţuje škvárování
(struskování)
Zplyňování, pyrolýza
paliva, aditiva pro spalování
s omezováním sazí
- Optimalizované
spalování
Kapalné
palivo,
redukce SO2
- Vyuţití nízkosirného paliva
a aditiv pro absorpci
- -
Kapalné palivo,
redukce NOx
(sníţení
produkce NOx)
Niţší teplota Recyklace spalin Nízkoemisní
hořáky
Etapové spalování *
dospalování, injektáţ
vody a páry **
Plynné palivo,
redukce
tuhých částic
Optimalizované
spalování
Plynné palivo,
redukce SO2
Plynné palivo,
redukce NOx
(sníţení tvorby
NOx)
niţší teplota Recyklace spalin, smísení
paliva a vzduchu předem **
Nízkoemisní
hořáky
Odstupňované spalování
*, *** dospalování,
injektáţ vody a páry
Poznámky:
* nedá se pouţít u stávajících plynových turbin
** pouţívá se pouze u plynových turbin
*** etapové (postupné) spalování se liší svým pouţitím u plynových turbin a v topeništích kotlů
Vyuţití aditiv do paliva můţe být opatřením pro zásobování palivem u malých spalovacích
systémů nebo primárním opatřením pro spalování ve stanicích velkých spalovacích závodů.
60
Integrovaná opatření k úpravě paliva pro velká spalovací zařízení, která jsou potřebná k
optimalizovanému spalování, jako je mísení paliva, přísady do paliva, drcení a mletí pevných
paliv, se probírají v kapitolách 4, 5, 6 a případně 8. Některá integrovaná opatření u velkých
spalovacích zařízení, která se týkají paliva a jsou v současné době předmětem vývoje, jsou
speciálními technikami přípravy paliva začleněnými do systému spalování. Kromě jiného to
znamená opatření ke zvýšení účinnosti, jako je předsušení pevných paliv a zplyňování nebo
pyrolýza pevných nebo kapalných paliv s nutným čištěním spalných plynů při uplatnění
kombinovaného cyklu.
Tam, kde se vyuţívá zplyňování a pyrolýza, se meziprodukty, jako uhelný plyn a naftový
koks, stávají také sekundárními palivy a proto se o nich bude pojednávat u plynných a
pevných paliv v kapitolách 4 a 6.
3.2 Techniky ke sniţování tuhých emisí
Během spalování fosilních paliv přechází minerální látka (anorganické nečistoty) do popela a
částečně opouští kotel se spalinami jako polétavý popílek. Částice rozptýlené ve spalinách
jako polétavý popílek tvoří primární tuhé částice, které vstupují do odlučovacího zařízení.
Charakteristiky a mnoţství popílku závisejí na pouţitém palivu, například na minerálním
sloţení uhlí a typu spalování. Výkon zařízení k odlučování ovlivňují změny měrného odporu
a soudrţnosti popílku, coţ závisí na sloţení uhlí, jakoţto paliva a velikosti obsahu
nespáleného uhlíku v popílku. Typ spalování působí na rozloţení částic v polétavém popílku
dle velikosti a tudíţ na emise částic. Jemné tuhé částice mohou také obsahovat vyšší
koncentrace sloţek těţkých kovů neţ částice hrubší. To proto, ţe jemné částice mají
k dispozici pro kondenzaci stopových prvků (těţkých kovů), jako je rtuť, větší celkový
povrch.
K odstraňování tuhých znečišťujících látek ze spalin se obvykle pouţívají různé technologie,
jako jsou elektrostatické odlučovače, tkaninové filtry a mokré metody. Protoţe se mechanické
odlučovače prachu, jako jsou cyklony a injektáţ pro SO3 nemohou pouţít samy o sobě jako
takové, nepočítá se s těmito technikami v tomto dokumentu a uţ se zde nepopisují. Obr. 3.1
ukazuje přehled v současnosti pouţívaných odlučovacích zařízení pro tuhé znečišťující látky.
Obr. 3.1: Přehled zařízení pouţívaných v současné době ke sniţování tuhých částic
61
Elektrostatické odlučovače se stabilními/pevnými elektrodami jsou nejdůleţitější technologií,
které se v současné době pouţívá. Elektrostatické odlučovače na studené straně (studené ESP)
jsou umístěny za ohřívákem vzduchu a provozují se v rozmezí teplot 80 – 220 °C.
Elektrostatické odlučovače na horké straně jsou umístěny před ohříváky vzduchu, kde se
provozní teplota pohybuje v rozmezí 300 - 450 °C. V posledním desetiletí se zvýšil význam
tkaninových filtrů, které se obvykle pouţívají v provozu při teplotním rozmezí 120 – 220 °C.
Pokud jde o dobu ţivotnosti pytlových (hadicových) filtrů, odhaduje se u tkaninových filtrů
umístěných za elektrárnou se spalováním uhlí na 5000 aţ 18 000 hodin. U elektrostatického
odlučovače mohou nastat po 50 000 hodinách malé praskliny na elektrodách. Volba mezi
pouţitím elektrostatického odlučovače a tkaninové filtrace závisí obvykle na typu paliva,
velikosti zařízení, typu kotle a uspořádání.
Obě technologie jsou vysoce účinným zařízením pro odstraňování tuhých částic, které lze
zdokonalit další úpravou spalin. Tkaninových filtrů se k odstraňování popílku pouţívá pouze
u některých zařízení v Jiţní Africe, USA, Austrálii a Polsku. Elektrostatických odlučovačů a
tkaninových filtrů se také vyuţívá ke sniţování PM10 a PM2,5 a rtuti. U speciálních druhů uhlí
se při odstraňování emisí tuhých znečišťujících látek vyuţívá injektáţe SO3 v kombinaci s
elektrostatickým odlučovačem. Například se pro sniţování prachu pouţívají mnohem méně
mokré pračky neţ elektrostatické odlučovače a tkaninové filtry a to většinou právě v USA.
Mají spíše vysokou spotřebu elektřiny a obvykle dosahují při odstraňování tuhých částic,
zejména jemných částeček niţší účinnosti oproti elektrostatickým odlučovačům a
tkaninovým filtrům . To není případ mokrých praček (absorbérů) pouţívaných při odsiřování,
které mají navíc vliv na sniţování emisí prachu.
3.2.1 Elektrostatické odlučovače (ESP)
Elektrostatický odlučovač se často vyuţívá u velkých spalovacích zařízení a je schopen
provozu v širokém rozmezí teplotních a tlakových podmínek a zatíţení prachem. Není zvlášť
citlivý na velikost částic a zachycuje prach jak za mokrých tak suchých podmínek. Odolnost
vůči korozi a abrazi se zaznamenává jiţ do projektu /27, Theodore a Buonicore, 1992/; /28,
Soud, 1993/; /29, Soud, 1995; / 30, VDI, 1998/; /33, Ciemat, 2000/. Typické uspořádání
elektrostatického odlučovače ukazuje obr. 3.2
62
Obr. 3.2: Běţné schematické uspořádání elektrostatického odlučovače
Poznámka: znázorňují se zde pouze dvě sekce, ale ve velkých spalovacích závodech se
pouţívá elektrostatických odlučovačů o 3 aţ 5 sekcích v závislosti na charakteristice paliva
/36, Lurgi, 1999/.
Elektrostatický odlučovač tvoří spodní výsypkou opatřený prostor, který obsahuje řady desek
vytvářejících průchody, kterými proudí spaliny. Ve středu kaţdého průchodu jsou umístěny
elektrody pod vysokým napětím, stejnosměrný proud poskytuje transformátor/ sada
usměrňovačů (T/R). Napříč mezi elektrodami se vytváří elektrické pole, vyvolané malým
stejnosměrným proudem o vysokém napětí (100 kV). Přiváděné napětí je dost vysoké, aby
ionizovalo molekuly plynu těsně u elektrod, čímţ vzniká viditelná korona. Proud iontů plynu
z emitujících elektrod přes průchody k uzemněným sběrným deskám vytváří tzv. proudovou
koronu.
Jakmile tudy procházejí spaliny, dojde ke kolizi s nabitými ionty, které se samy zachytí na
částicích polétavého popílku rozptýlených v plynu. Elektrické pole vytlačí nabité částice ven
z proudu plynu směrem k uzemněným deskám a zde se zachycují ve vrstvě. Desky se
periodicky čistí oklepovým systémem, aby se uvolnila vrstva a nahromaděný materiál se
shrnul do výsypek popílku. V praxi je elektrostatický odlučovač rozdělen do řady oddělených
sekcí (obvykle se vyuţívá aţ 5 sekcí).
Ve většině případů se elektrostatický odlučovač umísťuje za ohřívák vzduchu nebo
ekonomizér (ohřívač napájecí vody) a pak se mluví o studené straně zařízení. Ve zvláštních
případech se umísťuje před ohřívákem vzduchu, aby se získala výhoda vyšší teploty. V tomto
případě je na tzv. horké straně zařízení.
Částice se odstraňují z proudu plynu ve čtyřech etapách:
působením elektrického náboje na prach
umístěním nabitého prachu v elektrickém poli
záchytem prachu na sběrné elektrodě
odstraněním prachu z povrchu elektrody
63
Výkon elektrostatického odlučovače se sleduje podle vzorce, který se vztahuje k účinnosti
celého povrchového prostoru sběrných elektrod, objemovému průtoku plynů a rychlosti
migrace částic. Proto je pro daný prach velmi důleţitá maximalizace povrchu sběrných
elektrod a tudíţ se v současné praxi vyuţívá široké rozteče elektrod. Toto praktické pouţití
je naopak zaloţeno na dobrém projektu usměrňovače a na regulaci.
Průmysl vyuţívá dobrého projektu usměrňovače, jenţ znamená vyuţití oddělených sekcí
usměrňovače pro kaţdé pole nebo pro úsek pole elektrostatického odlučovače. To umoţňuje
vyuţít napětí, které se bude v zónách vstupu a výstupu lišit, tak, jak se bude zátěţ prachu ve
směru výstupu sniţovat a dovolí provozovat sekce při postupně vyšším napětí bez jiskření.
Správný projekt také v praxi pouţívá automatických systémů regulace. Ty udrţují optimální
výši napětí pouţitého na elektrodách v jednotlivé zóně bez jiskření. K nastavení maximálního
napětí bez jiskření a konstantně kolísajícího vysokého napětí se pouţívá automatického
kontrolního monitoru. Je nepravděpodobné, ţe by stabilní dodávka elektřiny o vysokém
napětí ovlivňovala optimální účinnost odlučování.
Měrný odpor (inverse vodivosti) prachu je zvlášť důleţitý. Je-li příliš nízký, částice dosahující
sběrnou elektrodu ztrácejí snadno svůj náboj a můţe dojít k opětnému strhávání prachu. Kdyţ
má prach příliš vysoký měrný odpor, vytváří se na elektrodě izolační vrstva, jeţ zabraňuje
běţnému výboji korony a vede ke sníţení účinnosti odlučování (zpětný vliv korony).
Rozdělení částic dle velikosti ovlivňuje rychlost jejich migrace. U částic > 1 µm je rychlost
migrace nepřímo úměrná průměru částic a nezávislou na velikosti se stává aţ u částic < 1
µm. Kromě toho můţe vysoké zatíţení jemnými částicemi způsobit podstatnou změnu
elektrických podmínek v elektrostatickém odlučovači. V elektrostatickém odlučovači je tuhá
částice ve spalinách nabita v iontové atmosféře prostorového náboje. Povaha prostorového
náboje se mění s rozdělením částic dle velikostí a se zatíţením spalin. Prostorový náboj
částice se zvětšuje s počtem částic na jednotku objemu spalin, které vstupují do
elektrostatického odlučovače. Zvýšení mnoţství jemných částic a poměrně vysoká rychlost
jejich migrace při vyšším zatíţení spalin můţe mít za následek zvětšení prostorového náboje
a následně způsobit elektrický zkrat. Proudová korona u vstupní sekce se můţe zvětšeným
prostorovým nábojem potlačit. Mnohem větší prostorový náboj můţe vést k tomu, ţe se
proudová korona potlačí v celém elektrostatickém odlučovači.
Rozdělení průtoku spalin ovlivňuje celkový výkon elektrostatických odlučovačů. Je potřeba,
aby v celém průřezu byla rovnoměrná rychlost spalin, neboť to zajišťuje maximální účinnost
záchytu v jednotce. Aby se dosáhlo nejlepšího výkonu odlučovače, optimalizuje se průchod
plynu jednotkami tak, aby se poskytl rovnoměrný průtok a předešlo se odklonění plynu
z elektrického pole. Správný projekt vstupního vedení a vyuţití zařízení k rozdělení proudu na
vstupu do ústí odlučovače můţe napomoci k dosaţení rovnoměrného průtoku.
Oklep vyuţívaný k odloupnutí vrstvy polétavého popílku ( prachového koláče) od sběrné
elektrody a přesun do výsypek můţe také způsobit opětné strhávání prachu. Částice se oddělí
z vrstvy polétavého popílku a jsou opět unášeny spalinami. Únos můţe značně sníţit
účinnost. Ve skutečnosti je účinnost elektrostatického odlučovače značně závislá na velikosti
jednotky. Zvýšení účinnosti znamená vyšší náklady. Poţadavky legislativy na sníţení emisí
jemných částic vedly k rozličným výzkumným projektům zaměřeným na zlepšení účinnosti
této technologie.
Nepříliš vysoký obsah síry ve spalinách zmenšuje měrný odpor částic a umoţňuje jejich větší
odloučení. Nerovnoměrné rozloţení plynu v odlučovači však můţe vést k tomu, ţe uvnitř
64
zařízení budou chladnější části. Také je moţný vyšší obsah síry v palivu a vyšší rosný bod.
Pokud nastanou tyto dvě podmínky současně, tj. nerovnoměrné rozprostření teploty a vyšší
rosný bod kyseliny sírové, existuje větší riziko poškození materiálu a tudíţ vyšší riziko
havárie zařízení.
Problémy mohou také nastat, pokud se spalují paliva, která tvoří těkavé látky, protoţe ty se
mohou nabalovat na částice a rušit jejich účinné odloučení. To je moţné při niţší výhřevnosti
paliv a tehdy, kdyţ je proces v kotli nestabilní.
Náklady na elektrické odlučovače zahrnují náklady na spotřebu elektřiny, výdaje za údrţbu
(coţ výrazně závisí na provozu kotle a vlastnostech paliva) a dopravu odloučeného popílku,
ale obecně jsou nákladově účinným zařízením ke sníţení emisí pevných částic.
Počáteční investiční náklady mohou být vyšší nebo niţší v závislosti na pouţitém palivu neţ
na ostatní techniky, které jsou k dispozici, jako jsou např. pytlové lapače (hadicové filtry).
Provozní náklady jsou ale menší, neţ odpovídající náklady u ostatních technik a vyuţití
moderních systémů odlučování sniţují tyto výdaje ještě více. Provozní náklady se mohou do
značné míry lišit v závislosti na různých vlastnostech polétavých popílků. Náklady na údrţbu
jsou obyčejně při standardní úpravě popílku velmi rozumné. Tato zařízení zvyšují náklady
energetickým závodům, které mají širokou paletu elektrického vybavení a rozličné kotelní
pochody.
3.2.2 Mokré elektrostatické odlučovače
Mokré elektrostatické odlučovače se provozují na stejném principu. V tomto případě se
zachycený prach odstraňuje se sběrných desek proudem vhodné kapaliny, obvykle vody a to
buď přerušovaně nebo nepřetrţitým oplachováním. Poskytují výhody u určitého prachu, který
ulpívá na konvenčních deskách nebo kdyţ ruší provoz další sloţky v proudu plynu, například
v případě chlazení vlhký plyn. Tvoří se výtoková kapalina, která vyţaduje další úpravu.
Mokrý elektrostatický odlučovač se vyuţívá pouze u nových velkých spalovacích zařízení, na
těţký topný olej a odzkoušel se i jako zařízení k redukci aerosolů.
3.2.3 Tkaninové filtry (pytlové resp. hadicové filtry)
Tkaninová filtrace je v celosvětovém měřítku široce pouţívanou metodou k odstraňování
částic (zejména polétavého popílku) z průmyslových kouřových plynů a menších spalovacích
zařízení. Současný trend však rovněţ směřuje k většímu vyuţívání této technologie pro
závody většího rozsahu. Kromě zachycování popílku existuje i řada aplikací, kde se tohoto
způsobu čištění plynu vyuţívá společně se suchou metodou s injektáţí suspenze nebo
práškového absorbentu (jako je vápno nebo kyselý uhličitan sodný) k současnému sniţování
jak emisí oxidu siřičitého tak popílku.
65
Obr.3.3: Obecné uspořádání tkaninového filtru ( jedna sekce v cyklu čištění) /36, Lurgi, 1999/
Jednotka tkaninových filtrů obsahuje jeden nebo více izolovaných oddílů, které obsahují řady
tkaninových pytlů nebo rukávů (hadic). Částicemi obtíţený plyn prochází obvykle vzhůru
podél povrchu pytlů a potom šikmo tkaninou. Částice se zachycují na rubové straně pytlů,
přičemţ se proud vyčištěného plynu vypouští do atmosféry. Provoz filtru je cyklický, střídají
se poměrně dlouhá období filtrování s krátkými intervaly jeho čištění. Během čištění se prach
nahromaděný na pytlích odstraňuje z povrchu tkaniny a skladuje ve výsypkách a pak se
zneškodní. Hlavní charakteristikou provozu tkaninových filtrů, která je odlišuje od ostatních
filtrů plynu, je moţnost revize filtračního povrchu při periodickém čištění filtru.
Pravidelné odstraňování prachu z tkaniny je důleţité k tomu, aby se udrţovala efektivní
účinnost odlučování, ale ovlivňuje také provozní ţivotnost filtru. Tkaninové filtry se běţně
třídí podle metody čištění filtračního média. Většina obvyklých metod čištění zahrnuje
reversní průtok vzduchu, mechanické setřásání /vyprazdňování, vibrace a pulsace stlačeným
vzduchem. Pro čištění pytlů se také pouţívají zvukové houkačky. Běţné čistící mechanismy
nevracejí filtr do jeho původního stavu a částice usazené hluboko uvnitř látky napomáhají
sniţovat velikost pórů mezi vlákny, a tak umoţňují dosáhnout vysoké účinnosti zachycení
částic menších neţ l mikron.
66
Obr. 3.4: Tkaninový filtr s podtlakovým prouděním /36, Lurgi, 1999/
1 vstup surového plynu 4 prostor pro vyčištěný plyn 7 zásobník stlačeného vzduchu
2 deskové překáţky 5 vedení vyčištěného plynu 8 trubková tryska
3 pytlové filtry 6 ventil s membránou 9 výsypka prachu
Při výběru tkaniny je nutno počítat se sloţením plynů, povahou a velikostí částic prachu, aby
měla pouţitá metoda čištění poţadovanou účinnost a byla ekonomicky dostupná. Je třeba brát
v úvahu teplotu plynu společně se způsobem chlazení plynu, pokud existuje a vzniklou vodní
páru a kyselý rosný bod.
Opotřebování pytlových (rukávových) filtrů má za následek postupné, ale měřitelné sníţení
výkonnosti. Poškození nebo havárie několika filtrů je nebezpečím tam, kde dochází ke korozi,
filtruje se abrasivní materiál nebo tam, kde existuje nebezpečí ohně. Jednoduché systémy
kontinuálního monitorování takových indikátorů jako je tlaková ztráta nebo výstraţné signální
zařízení pro prach, udávají pouze hrubé indikace výkonu.
Ke zjišťování vývoje emisí prachu z tkaninového filtru a identifikaci moţného selhání se
pouţívají triboelektrická nebo optická zařízení. Mohou se pouţít rovněţ k detekci úniku
prachu během cyklu čištění. Kdyţ se tato měření zapojí do systému čištění sekcí, pak lze
identifikovat poškozené pytle (rukávy, hadice) v jakémkoliv úseku a provést v místě opravu
/37, Robson, 1998/.
Syntetické tkaniny pro filtr, jako je Gore-Tex ® a Tefaire® (teflon/skelné vlákno) umoţňují,
aby se tkaninové filtry vyuţívaly v širokém rozsahu aplikací a vedly k prodlouţení ţivotnosti
filtru. V poslední době se zlepšila výkonnost moderních filtračních materiálů dokonce i za
vysoké teploty nebo za abrasivních podmínek. Výrobci látek mohou doporučit, které
materiály jsou vhodné pro určité specifické podmínky.
67
U vratného plynu a systémů setřásání a vyprazdňování se nepřetrţitě zkoumají nové metody,
k tomu, aby se zajistilo zvýšení podílu vzduchu při průchodu látkou a sníţení tlakové ztráty.
Modifikace vstupu a výstupu kouřových plynů se zaměřují na zvýšení záchytu částic
polétavého popílku ve spodní části pytlového filtru, přičemţ se při průchodu horní částí
volného prostoru zmenší překáţky na cestě vystupujícím spalinám.
V některých zemích se technologie proudových rázů stala u tkaninových filtrů preferovaným
systémem, pokud jde o primární zařízení k redukci částic u uţitkových a průmyslových kotlů.
Výzkum pokračuje, s cílem zlepšit znalosti o systému a tudíţ i jeho výkonnost.
Protoţe na trhu existuje mnoho různých filtračních materiálů, vybírají si provozovatelé pro
své vlastní potřeby ty nejvhodnější. Filtrační materiál se musí vybírat se zvláštní péčí, aby se
zabránilo problémům, které nastanou, kdyţ se změní parametry procesu.
Některá paliva mohou způsobit zaslepování filtru, coţ komplikuje provoz procesu. Problémy
se zaslepováním mohou nastat během náběhů, kdyţ se spaluje olej. Filtrační materiál je
obvykle dost citlivý na teplotu popílku a spalných plynů, takţe nespálený uhlík a shluky
horkého popílku mohou filtrační materiál poškodit.
V materiálu tkaniny se také mohou tvořit trhliny. Ty je těţké během provozu zjistit. Tyto
trhliny zvyšují emise částic. Pokud je čistírna spalin projektem z modulů a moduly jsou
odděleny, potom je moţné provádět údrţbu bez přerušení procesu.
Náklady na údrţbu jsou také vysoké, protoţe se filtrační materiál musí měnit kaţdé 2 roky
nebo za 5 let. Minimální výdaje na výměnu filtru činí asi 10 % investičních nákladů.
Zachycený materiál lze snadno recyklovat a například nezreagovaný sorbent se můţe vrátit do
procesu, coţ znamená určitou úsporu.
3.2.4 Odstředivé odlučování (cyklony)
Tento typ systému sniţování prachu vyuţívá gravitační síly a můţe upravovat všechny typy
kouřových plynů za suchých podmínek. Charakteristiky jeho výkonnosti však omezují jeho
vyuţití u malých nebo středně velkých zařízení a předurčují jej pouze jako předřazenou
techniku pro záchyt, která je napojena na další prostředky redukce prachu.
Mechanický odlučovač se skládá ze soustavy cyklonů ( například 31 x 24, kaţdý o průměru
asi 240 mm k úpravě 700 000 m3 kouřových plynů za hodinu o teplotě 130 C) osazených v
jednom nebo několika pouzdrech. Plyny, které se mají čistit, se rozdělí mezi cyklony přes
vhodně vyprojektované komory. Prach se shlukuje odstředivou silou na okrajích cyklonů a
ţene se ke dnu aparatury, kde padá do výsypky. U kaţdého cyklonu uniká čistý vzduch
nahoru centrálním potrubím, zachycuje se ve výstupní komoře a potom proudí přepravním
potrubním vedením.
Mechanické odlučovače nezachycují jemný prach. Jejich účinnost záchytu je proto omezena
na 85 - 90 %. U kotlů, které spalují kusové uhlí na mechanických roštech se technologie
cyklonů ještě stále pouţívá, protoţe mnoţství popílku je poměrně malé (20 % popela z uhlí ve
srovnání s 80 % při spalování práškového uhlí.
Zachycení prachu o velikosti částic mezi 5 - 10 m je téměř 100 %. Účinnost záchytu částic
prachu menších velikostí pod 1 mikron je ale menší. Technologie odkalování cyklonů
napomáhá dosáhnout vyšší účinnosti, zejména u cyklonů, které slouţí velkým spalovacím
zařízením, kde se paralelně provozuje mnoho malých cyklonových komor.
68
Mechanické odlučovače mají nejniţší investiční náklady z celého vybavení na zachycování
prachu. Protoţe tato technika není schopna sama o sobě působit jako opatření ke sniţování
polétavého popílku, musí se také při výpočtu investičních nákladů zohlednit kombinované
techniky. Provozní náklady zahrnují energii potřebnou k pneumatickému nebo hydraulickému
odstraňování nashromáţděného popílku a elektrickou energii ke kompenzaci tlakové ztráty při
průchodu spalin zařízením. Díky odolnosti a robustnosti všech komponent zařízení se uvádějí
nízké náklady na údrţbu.. Ţivotnost můţe být omezena následkem vysokého rizika eroze /58,
Eurelectric, 2001/.
3.2.5 Mokrý absorbér (mokrá pračka)
Mokré metody se k redukci emisí částic vyuţívají po několik desetiletí. Nízké investiční
náklady na mokré pračky ve srovnání s náklady na elektrostatické odlučovače a plynočistírny
jim umoţňovaly být pro pouţití v průmyslovém měřítku potenciálně atraktivní, třebaţe to lze
vyváţit poměrně vysokou tlakovou ztrátou a provozními náklady.
Spaliny se během mokré vypírky ochladí a potřebují před vypuštěním do atmosféry ohřát; tím
dochází k vyšším nákladům na energii. Během posledních deseti let se, částečně následkem
provozních nákladů, vyuţívání mokrých praček k redukci emisí prachových částic opouští.
Mokré pračky se však vyuţívají u některých spalovacích zařízení při vysokých teplotách a
tlacích, tak jako u integrovaného kombinovaného cyklu zplyňování (IGCC) a při spalování
v tlakovém fluidním loţi (PFBC). Dle zkušeností zde není tlaková ztráta oproti původnímu
tlaku tak významná a při IGCC se ohřev plynu řeší jeho vlastním spalováním.
Obr. 3.5: Typické schéma systému Venturi / 33, Ciemat, 2000/
Většina mokrých praček pro záchyt polétavého popílku z topenišť vytápěných uhlím
(průmyslových nebo uţitných) je v provozu v USA. Největší koncentrace těchto jednotek je v
západní části USA, kde je k dispozici nízkosirné uhlí s vysokým měrným odporem, takţe jsou
elektrostatické odlučovače ekonomicky méně atraktivní. Mnohé z těchto praček se projektují
pro kombinované odstraňování tuhých částic a redukci emisí oxidu siřičitého za pouţití
alkalického popílku jako sorbentu. Často se ke zvýšení účinnosti odstranění SO2 přidává
vápno.
69
Mokré pračky tvoří skupinu zařízení k redukci tuhých částic, jeţ vyuţívají k zachycení tuhých
částic z kouřových plynů kapalinu. Většina obvyklých aparatur se zakládá na principu
Venturiho pračky a praček s pohyblivou výplní.
Venturiho pračka je pravděpodobně nejběţnější mokrou pračkou tuhých částic. V těchto
pračkách se vypírací kapalina zavede jednoduše na horní část středové části Venturiho
systému, jak ukazuje předchozí obrázek 3.5. Prachem obtíţený kouřový plyn a vypírací
kapalina vstupují hrdlem pračky, kde dochází vlivem rychlosti proudu samotného kouřového
plynu (spalin) k rozstřiku vypírací kapaliny.
Zvlhčení kouřového plynu vede tímto způsobem ke shlukování malých částeček do větších
těţších kapek, které se snadněji v odlučovači zachycují. Tím se ze zkušenosti překonávají
potíţe při odstraňování jemných částeček metodami zaloţenými na setrvačnosti. K tomu, aby
se zajistilo, ţe zachycené částice zůstanou na kapkách i tehdy, kdyţ kapky dosáhnou
zrychlením své konečné rychlosti, je třeba poměrně vysoké počáteční rychlosti mezi kapkami
a tuhými částečkami. Vypraný plyn a strţené kapky obsahující zachycené částice vstupují do
rozvětveného úseku, kde dochází k dalším sráţkám a shlukování.
Tlaková ztráta a výkonnost Venturiho systému je do velké míry závislá na rychlosti plynu při
průchodu tímto systémem. K tomu, aby vyhovovaly účinnému provozu při omezeném
zatíţení kotle, se některé Venturiho systémy projektují s nastavitelným ústím, které se můţe
provozovat téměř při konstantní tlakové ztrátě nezávisle na objemovém průtoku kouřového
plynu (zatíţení kotle). Za vlastním systémem následuje úsek odlučování strţených kapek.
Pračky s pohyblivou výplní k zachycování pevných částic jsou vyplněny vrstvami plastu o
nízké hustotě, které se mohou uvnitř výplňového odlučovače pohybovat jak ukazuje obr. 3.6.
Obr. 3.6: Pračka s pohyblivou výplní /33, Ciemat, 2000/
70
Zachycování tuhých částic se můţe zvýšit pouţitím několika řad pohyblivých vrstev v sériích.
Pračky s pohyblivou výplní obvykle pouţívají protiproudého průtoku. Výplň se udrţuje
ve stálém pohybu kouřovým plynem a vypírací kapalinou. Proto nepřetrţitý pohyb výplně
značně sniţuje tendenci k ucpávání loţe.
Účinnost odloučení je při úpravě plynu s mírným obsahem prachu dobrá. Ale tato technika
není příliš vhodná pro paliva s vysokým obsahem popela.
Pokud nepracují odlučovače kapek jak náleţí, existuje moţnost, ţe malé částečky vody
mohou s popílkem zůstávat ve spalinách dokonce i po vyprání. Velké zatíţení prachem můţe
způsobit zaslepování a ovlivňovat provozuschopnost a účinnost vypírací jednotky.
Investiční náklady jsou vysoké a zahrnují: reaktor, moţný systém injektáţe sorbentu a
úpravnu odpadní vody. Provozní náklady jsou rovněţ značné a hlavně jsou spojeny se
spotřebou vody a náklady na energii.
Kondenzační pračky spaliny ochlazují a absorbované teplo se můţe vyuţít například pro
rozvody vytápění. To zlepšuje ekonomiku techniky.
71
3.2.6 Obecné provedení zařízení ke sniţování tuhých částic
Tab. 3.2: Obecné provedení zařízení k odlučování tuhých částic /35, ERM, 1996/
Po
zná
mk
y
ES
P m
á v
elm
i v
yso
ko
u ú
čin
no
st, d
ok
on
ce i
pro
mal
é čá
stic
e
Mů
ţe m
anip
ulo
vat
vel
mi
znač
ný
mi
ob
jem
y
ply
nu
s n
ízko
u t
lak
ov
ou
ztr
áto
u
Níz
ké
pro
vo
zní
nák
lad
y,
vy
jma
při
vel
mi
vy
sok
ých
po
díl
ech
od
lučo
ván
í
Mů
ţe s
e p
rov
ozo
vat
při
jak
ých
ko
liv
pře
tlak
ov
ých
po
dm
ínk
ách
Jedn
ou
nai
nst
alo
van
ý E
SP
nen
í p
říli
š
flex
ibil
ní
při
zm
ěnác
h p
rov
ozn
ích
po
dm
ínek
Nem
ěl b
y p
raco
vat
při
čás
ticí
ch s
vel
mi
vy
sok
ým
ele
ktr
ický
m o
dp
ore
m
10
%
p
od
íl
na
trh
u
se
zaklá
dá
hla
vn
ě n
a
po
uţi
tí p
ři s
pal
ov
ání
CF
B a
SD
A
Ry
chlo
st
filt
race
je
o
bv
yk
le
0,0
1-0
,04
m
/s
po
dle
po
uţi
tí,
typ
u f
iltr
u a
lát
ky
Typ
ick
é ho
dn
oty
pro
pro
fuk
zp
ětný
m
vzd
uch
em v
ply
no
čist
írn
ách
ele
ktr
áren
jso
u
0,4
5-0
,6 m
/min
, p
ro s
etře
s 0
,75
- 0
,9m
/min
a
u p
rou
do
vý
ch r
ázů
0,9
aţ
1,2
m/m
in.
Ţiv
otn
ost
py
tle
k
lesá
s
vy
šším
ob
sah
em
síry
v u
hlí
a s
rů
stem
ry
chlo
sti
fil
trac
e
Za
rok
do
jde
v p
rům
ěru
k p
oru
še u
1 %
jed
no
tliv
ě in
stal
ov
aný
ch p
ytl
ů (
had
ic)
Tla
ko
vá
ztrá
ta
vzr
ůst
á s
men
ší
vel
iko
stí
část
ic v
dan
ém p
růto
ku
ko
uřo
véh
o p
lynu
Om
ezen
ý
výk
on
, p
roto
lz
e p
ou
ţít
pou
ze
s
dal
ším
i te
chn
ikam
i pro
od
lučo
ván
í p
rach
u
Dru
ho
tný
m ú
čin
kem
mo
krý
ch p
rače
k j
e to
,
ţe p
řisp
ívaj
í k
od
stra
něn
í a
abso
rpci
tě
ţký
ch
ko
vů
v p
lyn
né
fázi
Vzn
iká
odp
adní
vo
da,
kte
rá p
otř
ebu
je ú
pra
vu
a p
oto
m s
e v
yp
ou
ští
da
lší
vý
ko
nn
ost
ní
uk
aza
tele
ho
dn
ota
80-2
20
°C (
stu
d.
ES
P)
30
0-4
50
°C(h
ork
ý E
SP
)
0,1
-1,8
%
1,5
-3 (
10
² P
a)
po
léta
vý
po
píl
ek
2
00
00
0 m
³/ho
d
pev
ná
a k
apal
. p
aliv
a
90
%
15
0°C
(p
oly
este
r)
26
0°C
(sk
eln
é v
lákn
o)
0,2
-3 %
5-2
0 (
10
² P
a)
po
léta
vý
po
píl
ek
<1
10
0 0
00
m³/
ho
d
pev
ná
a k
apal
. p
aliv
a
10
%
aţ 3
%
(5
-15
kW
h/1
00
0 m
³
0,8
-2,0
1
/ m
³
30-2
00
(1
0 ²
Pa)
kal
pop
ílk
u/
říd
ká
kaš
e
uk
aza
tel
pro
vo
zní
tep
lota
spo
tř.
ener
gie
ja
ko
% e
lek
tr.
kap
acit
y
tlak
ov
á zt
ráta
od
pad
prů
tok
vý
st. p
lyn
u
po
uţi
teln
ost
po
díl
na
trh
u
pro
vo
zní
tep
lota
Sp
otř
. en
erg
ie ja
ko
% e
lek
tr.
kap
acit
y
tlak
ov
á zt
ráta
od
pad
prů
tok
vý
st. p
lyn
u
po
uţi
teln
ost
po
díl
na
trh
u
pro
vo
zní
tep
lota
spo
třeb
a en
erg
ie
( %
el.
kap
acit
y)
po
měr
kap
al.-
p
lyn
tlak
ov
á zt
ráta
od
pad
ní
zby
tek
úči
nn
ost
od
lou
čen
í (
% )
/ER
M, 1996
/ >
10
µm
m
nad
99
,95
nad
99
,95
85-9
0 %
. N
ejm
enší
zac
hy
cen
ý
pra
ch o
prů
měr
u 5
-10µ
m
nad
99
,9
5µ
m
nad
99,9
5
nad
99,9
99,9
2 µ
m
nad
98,3
nad
99,6
99,5
1µ
m
mm
m
nad
96,5
nad
99,6
98,5
tech
no
logie
Ele
ktr
o-
st.a
tick
ý
od
lučo
vač
(ES
P)
tka
nin
ový
filt
r
cyk
lon
mo
krá
pra
čka
(vy
soce
ener
get
.
ná
ročn
ý
Ven
turi
ho
syst
ém )
72
3.3 Techniky ke sniţování emisí oxidu siřičitého
Ve většině případů spalování fosilních paliv jsou emitovány oxidy síry vlivem oxidace síry
obsaţené v palivu. Od počátku 70. let se pouţívala opatření k odstraňování oxidů síry, hlavně
SO2 z kouřových plynů během nebo po spálení nejdříve v USA a Japonsku, potom počátkem
80. let v Evropě. Nyní existuje mnoho rozličných způsobů sniţování emisí SO2, které vznikají
při spalování fosilních paliv.
3.3.1 Primární opatření ke sniţování emisí oxidu siřičitého
3.3.1.1 Vyuţití nízkosirného paliva nebo paliva se zásaditými sloučeninami v popelu s
odsířením uvnitř kotle
Přechod na nízkosirné palivo je opatřením, které můţe značně omezit emise SO2.
V případech, kde je k dispozici moţnost dodávek, můţe být realizovatelnou volbou záměna
paliva, coţ můţe znamenat paliva s vysokým potenciálem odsíření uvnitř kotle v důsledku
obsahu vápence (nebo jiných aktivních sloučenin) v popílku. U černého uhlí je běţný obsah 5
% vápence, ale ne obecně. U hnědého uhlí a rašeliny můţe být vyšší, s účinkem sníţení aţ
80 % síry v závislosti na palivu a systému spalování. Také biomasa můţe při spoluspalování
přispět. Toto opatření však značně závisí na typu paliva a pouţitého zařízení a proto se o něm
bude diskutovat v odpovídajících kapitolách a to od kapitoly 4 do kapitoly 8.
Na přirozené odsíření lze pohlíţet jako na prostředek ke sníţení emisí SO2 a to dokonce aţ o
90 %, a dochází k tomu při spalování některých nízkojakostních hnědých uhlí a rašeliny
s nízkým obsahem síry a vysokým obsahem alkalického popílku, kdy dochází k velmi nízkým
emisím SO2 oproti těm, které nastávají při pouţití obvyklých sekundárních technik.
3.3.1.2 Vyuţití adsorbentů v systémech spalování ve fluidním loţi
Na vyuţití adsorbentů v systémech spalování ve fluidním loţi jsou zaloţeny integrované
systémy odsiřování. To vymezuje teplotu spalování asi na 850C. Běţně vyuţívaným
adsorbentem je CaO, Ca(OH)2 nebo CaCO3. Reakce potřebuje přebytek adsorbentu se
stechiometrickým poměrem (palivo: adsorbent) 1,5 aţ 7 podle typu paliva. Následkem koroze
vlivem chloru je podíl odsíření omezen na 75 %. Tato technika se vyuţívá hlavně ve velkých
spalovacích závodech na uhlí a je popsána v kapitole 4.
3.3.2 Sekundární opatření ke sníţení emisí oxidu siřičitého
Aţ do roku 2000 existovalo 680 systémů odsiřování spalin instalovaných ve 27 zemích světa
a 140 je v současné době v 9 zemích ve výstavbě nebo je v plánu / 38, Soud, 2000/. Z údajů
shromáţděných firmami EURELECTRIC, VDEW a VGB aţ do roku 1996 je v tab. 3.3
uveden přehled o odsiřování s odhady pro další aplikace do konce roku 1999.
Běţné technologie odsiřování spalin lze klasifikovat tak, jak ukazuje obr. 3.7
73
Obr. 3.7: Přehled technologií vyuţívaných ke sniţování emisí SO2 (sekundární opatření).
Tab.3.3: Odsiřování u velkých spalovacích zařízení v EU-15
/58, Eurelectric, 2001/; /192, TWG, 2003/
Zařízení a technika Počet stanic a elektráren Zařízení s odsiřováním a
regulovaným elektrickým výkonem
Země počet
stanic
elektrický výkon
(MWel )
počet stanic
(N 1 )
elektrický výkon
(MWel )
Rakousko 18 4852 13 3415
Belgie 31 5867 2 1480
Dánsko 13 8447 10 5389
Německo 960 (N2) 91090 185 42000
Řecko 10 6138 1 300
Finsko 30 5054 46 3970
Francie 17 18218 3 2460
Irsko 10 2955 - -
Itálie 79 41873 15 6660
Lucembursko - - - -
Nizozemí 15 9632 5 2690
Portugalsko 6 4514 - -
Španělsko 41 19357 11 2373
Švédsko 41 5303 6 1164
Velká Británie 26 37718 10 9996
EU-15 (1996) 1297 261015 285 80903
74
Poznámky:
(N 1) včetně spalování ve fluidním loţi;
(N2) včetně elektráren německého průmyslu > 50 MWtep;
Současné zavedení systémů odsiřování je důsledkem spalování paliv s určitým obsahem síry
(např. uhlí, topného oleje) v elektrárnách. Systémy odsiřování nejsou potřeba u elektráren
spalujících zemní plyn.
3.3.3 Mokré pračky
Převaţujícími technologiemi odsiřování spalin jsou mokré vypírací metody, zejména
pochody na bázi vápenec-sádrovec. Zaujímají okolo 80 % podílu na trhu a pouţívají se u
velkých uţitkových kotlů. Je to důsledkem jejich vysoké účinnosti odstranění SO2 a jejich
vysoké spolehlivosti. Jako sorbentu se ve většině případů pouţívá vápence, protoţe je
v mnoha zemích k dispozici ve velkém mnoţství a je pro proces levnější neţ ostatní sorbenty.
Vedlejšími produkty je buď sádrovec nebo směs síranu a siřičitanu vápenatého v závislosti na
způsobu oxidace. Pokud se sádrovec můţe prodat, mohou se sníţit celkové provozní náklady.
V pozdních 60. letech bylo v Japonsku populární vypírání sodou. Vedlejší produkt, siřičitan
sodný, se prodával do papírenského průmyslu. Proces sodné vypírací metody je jednoduchý a
byl pouţit na celou řadu malých, olejem vytápěných kotlů. V poměrně malých průmyslových
kotlích se také vyuţívá několik systémů mokré magnezitové metody z důvodu nízkých
započtených investičních nákladů. U systémů magnezitové metody obsahuje odpadní voda
síran hořečnatý, který se můţe vypouštět po odstranění prachu a na prach naadsorbovaných
těţkých kovů do moře, protoţe je, jako takový, sloţkou mořské vody. Proces má proto
výhodu před ostatními systémy, pokud je závod umístěn blízko pobřeţí. Vedlejší produkt
mokré čpavkové metody se můţe pouţít jako zemědělské hnojivo.
Procesy dvojí alkálie se komerčně provozovaly v USA od poloviny 70 let. Postupy s mokrou
vápencovou metodou trpěly během svého rozvoje od 70. do počátku 80. let problémy
s inkrustacemi sádrovce následkem nedostatku znalostí o chemismu vypírání a poţadavků na
provedení procesu. Zatímco výrobci systému a provozovatelé závodů řešily problémy
inkrustací, vyuţíval se proces dvojí alkálie. Současný vývoj v metodách dvojí alkálie
umoţňující vyuţití vápence namísto draţšího sorbentu, vápna a produkci sádrovce, můţe
oţivit vyuţití tohoto systému.
3.3.3.1 Mokrá vápno-vápencová metoda
První úspěšné zařízení s mokrou vápennou metodou bylo vybudováno v roce 1972
společností Mitsui Miike Engineering Company (MMEC) v Omuta, závodě firmy Mitsui
Aluminium, spalujícím uhlí, v Japonsku. Zařízení pouţívalo vápennou suspenzi a získával se
kal siřičitanu a síranu vápenatého s popílkem, který se likvidoval v odkališti. Od té doby se
potom vápno-vápencové pračky staly populární v USA, ale nikoliv v ostatních zemích, a to
hlavně z důvodu potřeby velkých územních prostor pro zneškodňování kalu. První zařízení s
mokrou vápencovou pračkou produkující sádrovec pro uţitný kotel spalující uhlí postavila
firma MMEC v elektrárně Takasago u společnosti Electric Power Development Company
(EPDC), která je uvedla do provozu v roce 1975. Zařízení mělo z počátku při najíţdění
problémy, ale od roku 1977 převyšovala spolehlivost provozu 99 %.
75
Dnes jsou vápno-vápencové pračky nejrozšířenějšími systémy odsiřování spalin, jenţ
zaujímají asi 80 % podílu veškeré instalované kapacity odsiřování spalin. Obr. 3.8 ukazuje
běţné technologické schéma současného typu mokrého vápno-vápencového odsiřovacího
procesu. Obvykle se jako reakčního činidla pouţívá vápence, protoţe se vyskytuje ve velkém
mnoţství v mnoha zemích a je obvykle 3x aţ 4x levnější neţ jiná reakční činidla. Vápno se
běţně pouţívalo jako reakční činidlo u dřívějších zařízení pro jeho lepší reaktivnost s oxidem
siřičitým. Vápno se však nahradilo vápencem, aby se odstranila rizika kalcinace vápna, a tím
se sníţily energetické a finanční náklady a časové nároky na opravy. Nicméně v některých
případech se namísto vápence musí pouţít vápna kvůli poţadavkům uţivatelů na bělost
sádrovce z odsiřování. V kaţdém případě by odsiřování spalin pouţívající vápenec mohlo
dosáhnout téměř stejné míry odstranění SO2 jako s vápnem. Reakční schopnost vápence má
důleţitý vliv na účinnost systému odsiřování spalin; v současné době však neexistuje ţádná
standardní nebo znormovaná metoda k otestování reaktivnosti. Ostatní reakční činidla jako
např. vápno obohacené hořčíkem se pouţívají také.
Obr. 3.8: Schéma technologického procesu odsiřování mokrou vápno/vápencovou metodou.
Spaliny (kouřové plyny) opouštějící systém odlučování pevných částic procházejí obvykle
přes výměník tepla a vstupují do absorbéru s odsiřovacím činidlem, ve kterém se odstraní SO2
přímým kontaktem s vodnou suspenzí jemně mletého vápence, jenţ má mít více neţ 95 %
CaCO3. Čerstvá vápencová břečka se vpouští do absorbéru nepřetrţitě. Vyprané spaliny
procházejí odlučovačem mlţných kapek (demisterem) a vypouštějí se komínem nebo přes
chladící věţe do atmosféry. Reakční produkty se odtahují z absorbéru a posílají se na
odvodnění a další zpracování.
76
Mokré vápencové pračky se obvykle dělí na dvě kategorie podle typu oxidace; s nucenou
oxidací a přirozenou oxidací. Způsob oxidace je určen chemickými reakcemi, pH reakční
suspense a výslednými vedlejšími produkty. Při způsobu nucené oxidace s rozmezím pH 5-6,
který je obvyklý u mokré vápencové metody, jsou chemické reakce následující:
SO2 + H2O H2SO3 (1)
CaCO3 + H2SO3 CaSO3 + CO2 + H2O (2)
CaSO3 + 1/2 O2 + 2 H2O CaSO4 . 2 H2O (3)
CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 + 2 H2O CaSO4 . 2 H2O + CO2 (4)
CaSO3 + 1/2 H2O CaSO3 . 1/2 H2O (5)
Reakce (1) a (2) jsou společné všem mokrým systémům odsiřování spalin. Reakce (3)
ukazuje nucenou oxidaci siřičitanu vápenatého vzduchem a tvorbu krystalického síranu
vápenatého dihydrátu neboli sádrovce. Při způsobu nucené oxidace se zavádí na dno
absorbéru vzduch, aby se oxidoval siřičitan vápenatý na síran vápenatý, při čemţ se dosahuje
více neţ 99 % oxidace.
Při přirozeném způsobu oxidace se siřičitan vápenatý oxiduje částečně kyslíkem obsaţeným
ve spalinách. Hlavním produktem je siřičitan vápenatý hemihydrát (5). Ve vytvořeném kalu
je směs siřičitanu vápenatého hemihydrátu a sádrovce.
Při niţším pH v rozmezí od 4,5 do 5,5 se chemická reakce liší. Po absorpci SO2 (1) není
primárním produktem neutralizace vápencem siřičitan vápenatý, ale kyselý siřičitan vápenatý
Ca(HSO3)2.
CaCO3 + 2 H2SO3 Ca(HSO3)2 + CO2 + H2O (6)
Ca(HSO3)2 + 1/2 O2 + H2O CaSO4. 2H2O + SO2 (7)
Kyselý siřičitan vápenatý je mnohem více rozpustný neţ siřičitan vápenatý. Proto má provoz
při niţším rozmezí pH menší riziko inkrustací a ucpávání. Kyselý siřičitan vápenatý se
oxiduje a krystaluje ve formě sádrovce neboli síranu vápenatého dihydrátu (7).
Tabulka 3.4 ukazuje porovnání mezi nucenou oxidací a přirozeným způsobem oxidace
při mokré vápencové vypírce. Při nucené oxidaci je odvodnění snadné, protoţe jsou krystaly
sádrovce poměrně velké. Primární odvodnění se obvykle provádí v hydrocyklonech, po nichţ
následuje sekundární odvodnění na filtrech, nebo v odstředivkách. Konečný produkt obsahuje
okolo 90 % pevné fáze, snadno se s ním manipuluje a je prodejný hlavně jako sádra pro
omítky, do cementu, obkladových desek, nahrazuje přírodní sádrovec a nebo se ukládá na
skládku. Prodej sádry přispívá ke sníţení celkových provozních nákladů. Prodejná sádra však
vyţaduje během druhotného odvodňování promývat, aby se odstranily rozpustné soli, jako
jsou chloridy.
77
Tab. 3.4: Porovnání mezi nucenou a přirozenou oxidací
způsob vedlejší
produkt
velikost
krystalu
vedlejšího
produktu
vyuţití
vedlejšího
produktu
odvodnění spolehlivost vyuţíváno
v zemi
nucená
oxidace
sádrovec 90%
voda 10%
0-100 µm obkladové
desky,
cement atd.
snadné-
hydrocyklon
a filtry
> 99 % Evropa a
Japonsko
přirozená
oxidace
síran a siřičitan
vápenaté
50-60%
voda 50-40 %
1-5 µm nevyuţívají
se
( skládka)
nesnadné,
zahušťovač a
filtr
95-99 %
následkem
problémů
s nánosy
USA
Vedlejší produkt z metody přirozené oxidace je směsí, kterou je těţké odvodnit. Je to směs
hemihydrátu siřičitanu vápenatého a bezvodého síranu vápenatého. Primární odvodnění proto
vyţaduje zahušťovač. Sekundární odvodnění se provádí filtry nebo odstředivkami. Konečný
vedlejší produkt mívá 40-50 % vody. Ten se v mnoha případech ukládá v odkalištích, nebo na
skládku, ale je třeba ho předem promísit s popílkem a vápnem s ohledem na jeho tixotropní
povahu (schopnost přecházet za téţe teploty z pevné fáze v kapalnou). Proces přirozené
oxidace se vyuţívá hlavně v USA. Jeho spolehlivost se zlepšila, ale stále ještě zůstává jen asi
95-99 procentní následkem problémů s úsadami sádrovce. Existuje tendence přejít z přirozené
oxidace na nucenou, protoţe sádrovec má lepší jakost neţ kal, dokonce i pro ukládání na
skládku.
Uspořádání mokré vápencové metody lze běţně roztřídit do čtyř typů (a, b, c, d), jak ukazuje
obr. 3.9. Jak typ ( c), tak (d ) se zde znázorňují při nuceném způsobu oxidace, ale mohly by se
změnit na přirozenou oxidaci zastavením přístupu vzduchu do zbytkového kalu v oxidační
nádobě.
Typ (a) a typ (b) vyuţívají přídavnou oxidační nádobu. Jsou uvedeny jen jako překonaná
vývojová stádia, která se dnes jiţ nevyuţívají.
Typ ( c) eliminuje oxidační nádobu. Zde se vzduch pro oxidaci vhání na dno absorbéru, aby
se vytvořil sádrovec. Tato metoda oxidace se obvykle nazývá oxidací in situ ( uvnitř ) a nyní
je nejběţnější metodou. Pokud dochází k oxidaci v oxidační nádobě, jako je u typu (a) a (b),
nazývá se oxidace ex situ ( vně). Ačkoliv předřazená pračka slouţí hlavně k odstranění HCl a
HF, odstraňuje se při nízkém pH také více rtuti, stejně jako jemné pevné částice, které nesou
další stopové prvky. V Japonsku zvolilo mnoho nových velkých odsiřovacích závodů typ (c )
z důvodů vysoké jakosti jeho sádrovce a vysoké spolehlivosti provozu, který se vyhýbá
moţným problémům, které by mohly nastat bez předřazené pračky.
78
Obr. 3.9: Různé uspořádání mokrých vápno-vápencových metod / 38, Soud, 2000/
Eliminace oxidační nádoby nebo přechod z oxidace ex situ na oxidaci in situ je hlavním
vývojovým záměrem technologie odsiřování spalin. Oxidace in situ má před oxidací ex situ
mnoho výhod.
79
Výhody jsou následující:
za prvé předchází oxidace in situ především problémům s inkrustacemi a ucpáváním a to
pomocí úplné oxidace produktu v absorbéru, coţ má za následek vyšší spolehlivost
provozu. Částečná oxidace produktu vlivem kyslíku ve spalinách způsobuje vznik nánosů
sádrovce v absorbéru
za druhé dosahuje oxidace in situ vyšší účinnosti odstranění SO2 ve srovnání s oxidací ex
situ
za třetí je důleţité se povšimnout, ţe oxidace in situ podporuje účinnost odstranění SO2
dokonce i při nízkých hodnotách pH, protoţe kyselina sírová, která vzniká oxidací
kyseliny siřičité při injektáţi vzduchu, reaguje velmi rychle s vápencem. Kromě toho je
vyšší vyuţitelnost vápence, neţ při oxidaci ex situ z důvodu vyšší rozpustnosti vápence
při nízkých hodnotách pH. Molární poměr Ca/S se pohybuje v rozmezí 1,01 – 1,05.
Další výhodou oxidace in situ je to, ţe je moţné sníţit tvorbu S2O3 (seskvioxidu, který se ve
vodě hydrolyzuje za vzniku celé řady produktů, mezi jinými i H2S2O3). Je produktem vedlejší
oxidační reakce SO3 a podílí se na chemické spotřebě kyslíku (CHSK). Sníţení CHSK na co
nejniţší hodnotu, z 1/5 na 1/10 v odpadních vodách můţe sníţit úpravárenskou kapacitu
odpadní vody. Také není potřeba k oxidaci přidávat H2SO4 na rozdíl od typů (a) a (b).
Objevení moţnosti nucené oxidace in situ zvýšilo atraktivitu mokré vápencové vypírky.
Typ (d) je nejjednodušším uspořádáním u mokrých vápencových procesů a nyní se stal
převaţujícím systémem odsiřování spalin. Všechny chemické reakce se uskutečňují v jediném
zabudovaném absorbéru. To můţe sníţit investiční náklady a spotřebu energie. Typ (d) dosáhl
vysoké míry spolehlivosti provozu a od konce 80. let produkuje skutečně kvalitní sádrovec.
Jediná zabudovaná věţ vyţaduje také menší prostor, usnadňuje dovybavení stávajících kotlů.
V Německu je většina současných zařízení pro odsiřování spalin typu (d). V USA je typ (d)
také populární kvůli jeho niţším nákladům a vysoké účinnosti.
Projekt absorbéru je kritickou veličinou mokrých odsiřovacích systémů. Obr. 3.10 ukazuje
příklady různých druhů absorbérů, kde dochází ke všem chemickým reakcím při odsiřování
spalin najednou.
80
Obr. 3.10: Různé typy absorbérů / 33, Ciemat, 2000/
Typ 1 je sprchový absorbér věţového typu a na světě se u mokrých odsiřovacích systémů
pouţívá nejčastěji. Sprchová věţ má běţně tři aţ čtyři rozstřikové hladiny s řadou trysek,
kterými se rozptyluje vodná suspenze jemně mletého vápence a rovnoměrně se rozprostře.
Spaliny, které vstoupily do absorbéru jsou v bezprostředním kontaktu s volně se pohybujícími
kapkami, obvykle v protiproudém uspořádání bez jakéhokoliv zařízení k omezování průtoku
plynu. Mlha kapaliny unášená vzhůru se zachycuje v demisteru (odlučovač kapek). Tento
projekt byl vyvinut tak, aby se vypořádal s problémy úsad v první generaci systémů
odsiřování spalin vybavených vnitřně členěnými absorbéry.
Typ 2 je věţový absorbér s výplní, který jako výplně vyuţívá plastové mříţky a původně byl
vyvinut v Japonsku. Výplňový absorbér tvaru věţe prodluţuje čas prodlevy kontaktu plynu a
kapaliny, coţ má za následek vyšší účinnost odstranění SO2. Věţ s výplní se nyní provozuje
bez problémů s inkrustacemi, protoţe procesy odsiřování spalin se jiţ lépe zvládly. Mimoto
důleţitou charakteristikou souproudého uspořádání s vysokou rychlostí průtoku plynu je
projekt kompaktního velkorozměrového absorbéru.
81
Typ 3 je znám jako proudový reaktor s probubláváním (jet bubbling reaktor-JBR). Spaliny
jsou vháněny do suspenze mnoha ponornými trubkami, přičemţ se turbulentní probublávané
loţe reaktoru plní vápencovou suspenzí, do které se vhání za účelem oxidace vzduch. Tento
typ absorbéru je dobrým příkladem zjednodušeného procesu odsiřování spalin. Eliminuje
potřebu čerpadel pro recirkulaci, roztřikových hubic a sběrného potrubí, samostatných
oxidačních nádrţí a zahušťovačů a tím se minimalizují provozní potíţe, stejně jako spotřeba
energie.
Typ 4 pouţívá koncept dvojího okruhu, původně jako první provozovaný v USA. Tento
absorbér se dvěma okruhy se popisuje jako sprchové zařízení a absorbér, z nichţ kaţdý
funguje při jiné hodnotě pH. Řada zařízení, která vyuţívají tento typ absorbéru, se postavila
v Kanadě, Německu a USA.
Systémy mokré metody odsiřování spalin vápencem se přirozeně vystavují agresivnímu
prostředí provozu, coţ vede ke korozi, erozi a abrazi. Vedení průchodu spalin od vstupu do
absorbéru po vypuštění komínem se musí chránit proti působení kyselin následkem
adiabatického ochlazování a sycení plynu, například pouţitím pryţového nebo jiného
ochranného povlaku. Zvláštní pozornost zasluhují úseky vstupního vedení, absorbér, výstupní
vedení systémů ohřevu a vyzdívky komína. Všechny úseky, kde se manipuluje se suspenzí,
jsou jak předmětem koroze, tak působení abrasivity. To se týká rozstřikových zón
v absorbéru, zásobníků, míchadel, čerpadel, potrubí, ventilů a všech zařízení pro
odvodňování.
Teplota spalin se průchodem jednotkami mokrého odsiřování spalin sniţuje na 45 – 80 °C.
Aby se zlepšil rozptyl vyčištěných spalin z komína a sníţila se četnost viditelného oblaku,
vyţadují předpisy, aby na výstupu z komína byla určitá minimální teplota spalin např. ve
Velké Británii je to 80 °C. K tomu, aby se dosáhlo tohoto poţadavku, je třeba spaliny přihřát.
K ohřevu spalin se pouţívají většinou běţně regenerační výměníky tepla na principu plyn-
plyn.
Některé nové předpisy jiţ nevyţadují minimální teplotu v komíně. Mimoto mají vyčištěné
spaliny vypouštěné mokrým komínem menší nároky na elektrickou energii, ale znamená to
viditelnou komínovou vlečku.
Rozptylové modely ukázaly, ţe k tomu, aby se zajistil mírný dopad na kvalitu ovzduší
v blízkosti zdroje bez ohřevu spalin, je výška komína pro rozptyl spalin mnohem důleţitější
neţ vztlak vypouštěného plynu. Vztlak vypouštěných plynů ( a tedy rozptyl) se můţe
případně zvýšit ohřevem spalin, ale rozptyl se také můţe zlepšit při výstupu z vyššího
komína.
Pouţití systému mokrého odsiřování spalin vyţaduje značný prostor. U stávajících zařízení,
kde nebylo moţno zařadit odsiřování spalin jako součást procesu, nebude nejspíš k dispozici
dostatek prostoru a bude moţná nutné udělat zvláštní vedení s mnohem vyššími investičními
náklady (proto je třeba, aby se systém projektoval a zaváděl případ od případu).
Kromě toho, kdyţ se tento proces zavádí u stávajícího zařízení, je třeba nutné postavit nový
komín, protoţe vystupující plyny z odsiřovacího zařízení jsou mnohem korozivnější ( rosného
bodu se dosáhne v pračce) neţ bez úpravy s odsiřováním a stávající komín nemusí splňovat
podmínky tohoto účelu, nebo není vhodný. Tyto nové komíny lze opatřit moderními
vyzdívkami, které omezují jak kyselý kondenzát, tak zlepšují rozptyl tím, ţe se po najetí
rychle vyhřejí. To má čím dál tím větší význam, protoţe se trh s elektřinou více přizpůsobuje
potřebám provozovaných zařízení.
82
Postupy s mokrými metodami prošly v posledních několika desetiletích rozsáhlým vývojem,
který vedl ke zlepšení spolehlivosti a účinnosti odlučování, stejně jako ke sníţeným
nákladům. Spolehlivost je s nucenou oxidací běţně okolo 99 % a při přirozené oxidaci 95 aţ
99 %. Pouţitelnost mohou ovlivnit jak komponenty pračky, tak pomocné procesy spojené
s pochodem v absorbéru.
Správným opatřením pro úpravu odpadní vody z odsiřovacího zařízení a odstraňování těţkých
kovů a suspendovaných látek se ukázala být metoda sráţení hydroxidů a sirníků, čeření a
odvodňování řídkého kalu.
K dispozici je jen velmi málo publikovaných údajů o skutečných nákladech na zařízení mokré
odsiřovací technologie a to jak od výrobců zařízení, tak od uţivatelů. Celkové vyhodnocení
skrovných zveřejněných údajů, které jsou k dispozici, je také obtíţné, protoţe je i nedostatek
informací o tom, jak se náklady vypočítávaly.
Investiční náklady na mokrou vápencovou metodu jsou poměrně vysoké, ale na druhou stranu
nejsou vlivem pokročilé automatizace a spolehlivosti příliš velké provozní náklady a navíc
jsou vedlejší produkty procesu prodejné. Investiční náklady mohou velmi kolísat. Jsou
závislé na charakteristikách místa a technických i ekonomických podmínkách, jako je velikost
zařízení, vstupní koncentrace SO2, emisní limity pro SO2, strategie zásob, provozní hodiny za
rok, stáří provozu, hospodaření se sádrovcem nebo s odpady, sazby úroků, počet jednotek
ve stanici, situace na trhu odsiřovacích zařízení atd. Investiční náklady na proces vápno-
vápencové metody odsiřování ovlivňuje hlavně průtokový objem spalin. Dovybavovat
zařízení odsiřováním je tak mnohem draţší, neţ postavit zařízení na zelené louce. Investiční
náklady na proces mokré vápencové technologie kolísá mezi 35 – 50 EUR/kWel. a náklady na
provoz a údrţbu jsou mezi 0,2 – 0,3 EUR/kWh ( spotřebovaná energie). Běţné náklady na
odlučování SO2 jsou mezi 750 – 1150 EUR/t odstraněného SO2 a ovlivňují cenu elektřiny
v rozmezí 3-6 EUR/MWh (dodávaná elektřina).
Pokud jde o odsiřování spalin z motorů spalujících kapalné palivo, má například větší
dieselový motor ve spalinách obsah kyslíku asi 13 – 15 obj. % O2 (součinitel přebytku
vzduchu 2,7 – 3,5). Kotelní zařízení má obvykle 3 – 6 obj.% O2 (součinitel přebytku vzduchu
1,2 – 1,4) v závislosti na pouţitém palivu. Vyšší obsah kyslíku znamená větší objemový
průtok spalin a potřebu většího reaktorového systému pro odsiřování spalin, coţ vede
k vyšším investičním nákladům na kWel , neţ se shora uvádí.
3.3.3.2 Metoda vypírání mořskou vodou
Vypírání mořskou vodou vyuţívá vlastností mořské vody absorbovat a neutralizovat oxid
siřičitý obsaţený ve spalinách. Je-li v blízkosti elektrárny k dispozici velké mnoţství mořské
vody, je nejpravděpodobnější, ţe se pouţije jako chladící médium v kondenzátorech.
Následné zařazení kondenzátorů s mořskou vodou se můţe pouţít také pro účely odsiřování
spalin. Základní principy procesu vypírání mořskou vodou lze vidět na obr. 3.11.
83
Obr. 3.11: Základní principy procesu vypírání mořskou vodou /39, ABB, 2000/
Vysvětlivky: SWTP= úprava mořské vody
Obr. 3.12: Proces vypírání mořskou vodou /192, TWG, 2003
Základní pochod lze vidět na obrázcích 3.11 a 3.12. Spaliny z elektrárny opouštějí odlučovač
prachu, běţně tkaninový filtr nebo elektrostatický odlučovač. Potom spaliny vstupují do
absorbéru SO2, kde přicházejí do kontaktu s regulovaným podílem mořské vody odebraným
z výtoku chladící vody kondenzátoru parní turbiny. Oxid siřičitý ze spalin se absorbuje
v důsledku přítomnosti kyselých i normálních uhličitanů v mořské vodě.
84
Kyselý výtok z absorbéru se smísí s přídavnou mořskou vodou tak, aby se zajistilo, ţe pH
bude mít optimální hodnotu pro oxidaci. Zaváděný vzduch vyvolá oxidaci kyselého
siřičitanu, který vznikl při absorpci oxidu siřičitého, na kyselý síran a odstraní se rozpuštěný
CO2. Voda se kyslíkem téměř nasytí a pH se upraví ještě před vypuštěním mořské vody zpět
do moře na neutrální hodnotu. Postup s mořskou vodou nezahrnuje ţádné dodávání reakčních
činidel nebo odvádění pevných vedlejších produktů. Pouţívá pouze mořskou vodu, která se
jiţ pouţila v procesu výroby elektřiny jako voda chladící u kondenzátoru parní turbiny.
Proces je zaloţen na následující reakci:
SO2 + 2HCO3 - + ´ O2 SO4
2- + 2 CO2 + H2O
Proces vypírání mořskou vodou pouţívá chladící vodu z kondenzátorů za elektrárnou. Část
mořské vody se přečerpává do horního patra absorbéru, proudí přes výplň, kde se absorbuje
oxid siřičitý. Okyselená mořská voda se zachycuje v jímce absorbéru a protéká na základě
gravitace do zařízení na úpravu mořské vody (SWTP). Okyselený výtok z absorbéru se smísí
se zbytkem chladící vody ve speciální mísící jednotce v čelním úseku úpravny mořské vody
(SWTP), ještě před další etapou, kterou je oxidace. Do mořské vody se v tomto úseku vhání
vysoce výkonnými průmyslovými ventilátory okolní vzduch. SO2 potom přechází na síran
(SO4 2-
), voda se téměř nasytí kyslíkem a pH se běţným způsobem upraví na hodnotu 6,
protoţe to je podle pokynů Světové banky nejniţší moţná mez a potom se mořská voda
vypustí zpět do moře.
3.3.3.3 Mokrá magnezitová metoda
Reakčním činidlem při mokré magnezitové metodě je hydroxid hořečnatý, který se vytvoří po
přidání vápenného hydrátu do mořské vody, aby se zvýšila alkalita. Proces se stal populární
počátkem 80. let, nahradil vypírání sodnými činidly, protoţe hydroxid hořečnatý byl jako
reakční činidlo méně nákladný neţ hydroxid nebo uhličitan sodný. Tak vzniká odpadní
síranová kapalina. Postavilo se mnoho jednotek s tímto procesem, hlavně pro průmyslové
kotle spalující uhlí. Pračka pro mokrou magnezitovou technologii se vyuţívala hlavně u
menších zařízení, tj. menších neţ 50 MW a proto se v tomto dokumentu dále nepopisuje.
Charakteristické pro proces je, ţe se síran hořečnatý můţe vypouštět do moře, protoţe je, jako
takový, sloţkou mořské vody. Investiční náklady jsou nízké, ale provozní náklady jsou
vysoké. Tento proces je vhodný pouze pro zařízení, která se vyskytují blízko pobřeţí.
3.3.3.4 Mokrá čpavková metoda
Při procesu vypírání čpavkem, jak ukazuje obr. 3.13, se SO2 absorbuje ve vodném čpavku za
vzniku síranu amonného, vedlejšího produktu, který se dá pouţít jako hnojivo.
V průmyslových zemích však existuje nadbytek tohoto hnojiva z dalších zdrojů. Proto se
proces málokdy vyuţívá, ačkoliv se v Číně postavily od roku 1987 jednotky s tímto procesem
u kotlů spalujících olej o celkovém výkonu okolo 200 MWel.
85
Obr. 3.13: Mokrá čpavková metoda /126, Lurgi Lentjes Bischoff, 2001/
Proces se provozuje v Německu u kotle s tavnou komorou o výkonu 191 MWel. při spalování
uhlí. Po následném zdokonalení a vyřešení počátečních problémů, jako je tvorba aerosolů,
jimiţ jsou částice amonných solí o průměru aţ 1 µm, se provozuje spolehlivě. Proces byl
zvolen, aby splnil kritéria emisních limitů pod 200 mg/Nm³. Vedle toho byla motivací
k pouţití mokré čpavkové metody potřeba prodejného vedlejšího produktu bez odpadní vody
(zvláštní místní podmínky neumoţňují vypouštění odpadní vody do veřejných vodních toků)
a bez dalších materiálů, které by bylo nutno likvidovat jako odpady, stejně jako závaţnost
velmi omezeného disponibilního prostoru a ekonomický tlak.
3.3.4 Suchá rozprašovací metoda ( rozprašovací sušárny)
V celosvětové hierarchii vyuţívaných systémů odsiřování spalin zaujímají druhé místo za
mokrými pračkami rozprašovací sušárny. U tohoto typu odsiřování se k odstraňování SO2 ze
spalin obvykle pouţívá vápenná kaše. Pomocí této vyspělé technologie se zlepšila účinnost
odstraňování SO2 a spolehlivost provozu. Pro rozprašovací sušárny jsou obvykle
charakteristické niţší investiční náklady, ale vyšší provozní náklady, neţ mají mokré pračky a
to proto, ţe se pouţívá draţšího sorbentu, tj. vápna. Rozprašovací sušárny se většinou
vyuţívají pro kotle o poměrně malé nebo střední kapacitě, které vyuţívají uhlí o nízkém
obsahu nebo středním obsahu síry ( 1,5 %).
Ze stejného důvodu se preferují při rekonstrukcích a u provozu se špičkovým zatíţením.
86
Odpadním zbytkem je běţně směs síranu a siřičitanu vápenatého a popílku, coţ je komerčně
méně atraktivní. Byly provedeny testy s průzkumem moţnosti průmyslového vyuţití tohoto
odpadu. Některé jednotky pouţívají před rozprašovací sušárnou zařízení pro odlučování
tuhých částic (popílku).
Rozprašovací sušárna je spojena s technologií odsiřování spalin vyvinutou v USA a v Evropě
v časných a středních 70. letech. První komerční vyuţití u spalovacích zařízení začalo v USA
v roce 1980, kde se tato technologie pouţila u kotle spalujícího uhlí.
Obr. 3.14: Technologické schema rozprašovací sušárny /58, Eurelectric, 2001/
Proces tvoří hlavně absorbér se suchým rozstřikem, zařízení k odlučování tuhých částic, jako
je elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr a zařízení k recyklaci a zneškodnění
reakčních produktů. Několik pochodů s rozprašovací sušárnou se v současné době provozuje
na komerční bázi. Tyto postupy jsou si podobné, pokud jde o uspořádání, podstatné sloţky
celku a pouţitý sorbent, ale jedním rozdílem je systém rozptylu vápenné suspenze pouţívaný
v absorbéru se suchým rozprašováním.
Sorpčním činidlem pro absorpci SO2 je běţně vápno nebo oxid vápenatý. Vápno se smísí
s přebytkem vody, nebo se vyhasí, aby se získala vápenná suspenze, která se také nazývá
vápenné mléko. Vápenná kaše se rozprašuje do mraku jemných kapek v absorbéru k suchému
rozprašování, kde se také odstraňuje SO2 ze spalin. Voda se teplem spalin odpaří obvykle při
dostatečné časové prodlevě (asi 10 vteřin), aby mohl SO2 a ostatní kyselé plyny jako je SO3
a HCl zreagovat současně s hydrátem vápenatým na siřičitan a síran vápenatý a chlorid
vápenatý. Úpravy odpadní vody není u tohoto pochodu třeba, protoţe se voda v absorbéru se
suchým rozprašováním zcela odpaří.
87
Chemický proces spojený s odstraňováním SO2 ze spalin je jednoduchou acidobazickou
absorpční reakcí mezi SO2 a hydroxidem vápenatým dle následujících reakcí:
Ca(OH)2 + SO2 Ca SO3 + H2O
Ca SO3 + ´ O2 + ´ H2O Ca SO4 . ´ H2O
Chemismus absorpce značně ovlivňují takové faktory, jako je teplota spalin, vlhkost plynu,
koncentrace SO2 v kouřovém plynu a velikost kapek rozptylované suspenze. Vedlejším
produktem je suchá směs siřičitanu a síranu vápenatého, popílku a nezreagovaného vápna.
Ačkoliv se proces suché rozprašovací absorpce někdy nazývá polosuchou metodou, protoţe
se uţívá řídké vápenné suspenze (směs vápna a vody), odpadem je suchý prach, který se
zachycuje buď elektrostatickým odlučovačem nebo tkaninovým filtrem. Protoţe tento
odpadní produkt obsahuje něco nezreagovaného vápna, část se obvykle recykluje a mísí se
s čerstvou vápennou suspenzí, aby se vyuţití vápna zvýšilo.
Obvyklým rysem projektů většiny zařízení s rozprašovací sušárnou v Evropě je vyuţití
předřazeného odlučovače, který odstraňuje většinu popílku ze spalin ještě předtím, neţ
vstoupí do absorbéru. Je zabudován mezi ohřívač vzduchu a absorbér. Zařazení předřazeného
odlučovače má některé výhody, které mohou napomoci bilanci jeho počátečních investičních i
provozních nákladů např.:
při dané účinnosti odsiřování můţe sniţovat spotřebu vápna (při určitém T), nebo
umoţňuje růst provozní teploty rozprašovací sušárny (při daném poměru Ca/S), a tak se
sniţují rizika ukládání prachu
pomáhá dosáhnout větší účinnosti elektrostatických odlučovačů a tedy niţších konečných
emisí
předchází erozi dále zařazeného zařízení působením polétavého popílku
sniţuje objem odpadu ke zneškodňování
získává se prodejný produkt (popílek), který je přínosem, neboť existuje dobře zavedený
trh pro obchodování popílkem
Předřazený odlučovač je běţně jednoduchý elektrostatický odlučovač o jedné sekci. Při
rekonstrukci stávajícího zařízení ke sníţení tuhých částic se ho však často pouţívá jako
předřazeného odlučovače.
V USA se běţně pouţívají při hašení vápna pro pochody rozprašovací sušárny kulové mlýny.
V Evropě jsou hlavní procesy rozprašovacích sušáren vybaveny odstavnými nádrţemi, které
se pouţívají k hašení. Jednoduchý zásobník pro hašení se můţe vyuţívat pro práškové pálené
vápno.
Hlavní částí absorbéru je rozprašovací tryska vápenné břečky. Můţe to být typ rotačního
rozprašovače nebo typ rozprašovače na dvojí kapalinu. První z nich je zabudován uprostřed
klenby a rozprašuje jemné kapky hydratovaného vápna. Proud spalin se nejdříve rozdělí na
vstupu do absorbéru tak, ţe asi 60 % plynu vstupuje do absorbéru zařízením pro rozptyl plynu
v klenbě a dalších 40 % středovým rozprašovačem plynu.
Seřízení těchto dvou proudů a nastavení lopatek rozprašovače napomáhá regulaci profilu
mraku rozprášených kapek a obstarává účinné promísení kouřového plynu (spalin) a sorbentu
v úzké zóně okolo rozprašovače. Pro úpravu spalin z kotlů o kapacitě 100 – 150 MWel. je
obvyklou velikostí absorbéru průměr 14 –15 m krát 11 – 12 m ( výška válce).
88
Rozstřikové trysky rozprašovače suspenze v suchém rozprašovacím absorbéru musí splňovat
vysoké normy, aby udrţely kvalitu konstantního rozstřiku. Například musí být trysky schopny
odolat korozi působením spalin a erozi vápnem. Kromě toho musí mít nízkou tlakovou ztrátu
a minimální riziko ucpávání. V rozprašovači suspenze se pouţívá mnoho typů rozstřikových
trysek, jako je rotační rozprašovač a stabilní tryska pro dvojí kapalinu.
Zuţitkování sorbentu v rozprašovacích sušárnách je vyšší neţ u metod s injektáţí sorbentu,
ale nezreagované vápno činí asi 10 – 40 % z celkově přiváděného vápna a vypouští se ze
systému se siřičitanem a síranem vápenatým. Zlepšení vyuţití sorbentu se provádí pomocí
citlivé regulace poměru sorbentu a vody při přípravě suspenze, sníţením moţnosti dosáhnout
teploty nasycení v absorbéru a recirkulací části odpadu zpět do absorbéru.
Nejobvyklejším prostředkem zneškodnění a vyuţití produktu z rozprašovací sušárny je na
zabezpečených skládkách. Protoţe vedlejší produkt obsahuje nezreagované vápno, nedá se
zneškodnit, aniţ by se upravil, protoţe tvoří prach a můţe znamenat riziko neregulovatelného
vyluhování nebezpečných sloţek. Proto se speciálně upravuje mísením s vodou a popílkem,
aby se vytvořil stabilní zneškodnitelný produkt tzv. „stabilizát“.
Odpad je pro systém jak výhodou, tak nevýhodou. Zajistit vyuţití odpadního zbytku je
klíčovým aspektem pro uplatnění rozprašovací sušárny.
Protoţe produkt obsahuje velké mnoţství nezreagovaného vápna, vyuţívá se jako rozpuštěná
látka při mokrém odsiřování spalin v sousedních provozech za předpokladu, ţe má dost nízký
obsah popílku. Současný výzkum naznačuje nové pole působnosti pro zbytkový produkt a to
jako aditivum do umělých hnojiv, kde je zapotřebí síry.
Rozprašovací sušárny se obvykle provozují při teplotách 20 – 30 K nad teplotou nasycení,
kdy rosný bod spalin je mezi 45 – 55 oC. Většina zařízení tudíţ nepotřebuje ohřev vyčištěných
spalin, třebaţe při některých postupech se ještě musí dodrţovat poţadovaná teplota v komíně.
Rozprašovací sušárna je vhodná pro paliva s nízkým aţ mírným obsahem síry a k pouţití u
menších zařízení. Vybavení zahrnuje přípravu kalu, manipulační a rozprašovací ústrojí, a toto
veškeré příslušenství musí být schopno odolávat erozi suspenze. Suchý pevný vedlejší
produkt se můţe pouţít pro řadu různých stavebních účelů.
Metoda rozprašovací sušárny si zajistila postavení jako komerčně dobře dostupná technika.
Z celkové celosvětové kapacity vybavené suchým odsiřováním spalin vyuţívá 74 % procesy
suchého rozprašování ( v roce 1998 to bylo 18 655 MW elektrických) (33, Ciemat, 2000/.
Investiční náklady na systém rozprašovací sušárny závisejí hlavně na kapacitě zařízení a typu
a technologické úpravě rozprašovacího absorbéru a injektáţního systému. Uváděné investiční
náklady se značně rozcházejí v závislosti na typu energetického závodu. Investiční náklady
na systém suchého rozprašování pro velké spalovací zařízení jsou asi o 30 – 50 % niţší neţ
investiční náklady na mokrý vápencový proces u stejně velkého zařízení, ale provozní
náklady jsou vyšší v důsledku vyšších nákladů na sorpční činidlo. Aby se provozní náklady
udrţely v rozumných mezích a protoţe suché rozprašování vyuţívá vápno, je vyuţití
jednotlivého modulu rozprašovací sušárny omezeno na jednotky pod 700 MWtep. o 700 000
m3/hod a na paliva s nízkým aţ mírným obsahem síry. Systémy suchého rozprašování jsou
levnější pouze u jednotek menší velikosti a malých provozů.
89
Investiční náklady na rozprašovací sušárnu u kotle se odhadují na 18 – 25 EUR/ MWel. a na
provoz a údrţbu 0,5 aţ 0,7 EUR/MWh (tepelného příkonu). Náklady na sníţení znečišťujících
látek byly 600 – 800 EUR/t odstraněného SO2. Dopad na cenu elektřiny byl asi 6 EUR/MWh
(dodávané elektřiny). Vyšší maximální ceny odpovídají, na rozdíl od uplatnění mokrých
odsiřovacích metod, menším velikostem jednotek velkých spalovacích zařízení.
Větší Dieselův motor má ve spalinách asi 13 – 15 obj. % O2 (součinitel přebytku vzduchu
2,7 – 3,5). Kotelní zařízení má obvykle 3–6 obj. % O2 (součinitel přebytku vzduchu 1,2–1,4)
v závislosti na pouţitém palivu. Vyšší obsah kyslíku znamená větší objemový průtok spalin a
potřebu většího reaktorového systému pro odsiřování spalin, coţ vede k vyšším investičním
nákladům atd..
Při závislosti na různých moţnostech pro vyuţití vedlejšího produktu je třeba počítat u
procesů suchého rozprašování i s náklady na jeho úpravu a zneškodnění, zejména tehdy, kdyţ
se provádí porovnání této metody s různými jinými metodami odsiřování.
3.3.5 Injektáţ sorbentu
3.3.5.1 Injektáţ sorbentu do topeniště
Injektáţ sorbentu do topeniště znamená přímou injektáţ suchého sorbentu do proudu plynu z
topeniště kotle (obr. 3.15). Běţnými sorbenty jsou: práškový vápenec (CaCO3), vápenný
hydrát (Ca(OH)2 a dolomit (CaCO3.MgCO3). V topeništi má zvýšení tepla za následek
kalcinaci sorbentu za vzniku reaktivních částic CaO. Povrch těchto částic reaguje s SO2
z kouřových plynů (spalin) za tvorby siřičitanu vápenatého (CaSO3) a síranu vápenatého
(CaSO4). Tyto produkty reakce se potom zachycují zároveň s popílkem v zařízení
k odlučování částic, obvykle v elektrostatickém odlučovači nebo tkaninovém filtru. Proces
odlučování SO2 pokračuje v odlučovači a na filtračním koláči vytvořeném na tkaninovém
filtru. Odpadní zbytky se zneškodňují například ukládáním na skládku za pečlivého dozoru,
protoţe obsahují aktivní vápno a siřičitan vápenatý. Moţné vyuţití těchto odpadních produktů
je předmětem výzkumu.
Obr. 3.15: Injektáţ sorbentu do topeniště / 33, Ciemat, 2000/
90
Reakce, při nichţ dochází k odstraňování SO2 ve dvou následujících etapách znázorňuje obr.
3.16.
Obr. 3.16: Reakce při odstraňování SO2 injektáţí sorbentu do topeniště /33, Ciemat, 2000/
CaCO3 + teplo CaO + CO2 nebo Ca(OH)2 + teplo CaO + H2O
CaO + SO2 + ´ O2 CaSO4 + teplo
Injektáţ sorbentu do topeniště je navíc přínosem při odstraňování SO3.
Rozmezí kritických teplot pro reakci vápence při injektáţi sorbentu do topeniště je 980–1230
ºC. Při kritickém rozmezí teplot i při dostatečné časové prodlevě ( alespoň ´ vteřiny) se
vytvoří jedině reaktivní vápno (CaO - pálené vápno). Vápenný hydrát má dvě reakční
rozmezí: 980 – 1230 ºC a okolo 540 ºC. K tomuto zjištění se dospělo teprve nedávno.
Síran vápenatý po stránce termochemické není při teplotě nad 1260 ºC stabilní, u produktů
spalování vysoce sirnatého, v přírodě běţného fosilního paliva je koncentrace SO2 např. při
spalování uhlí 2000 – 4000 ppm. Niţší mez teploty pro tvorbu CaSO4 závisí na komplexu
vzájemného působení kinetiky sulfatace, růstu krystalu a spékání a nárůstu bariérové vrstvy
CaSO4 na povrchu reaktivního CaO (páleného vápna).
Kdyţ se injektuje vápenec do ohniště kotle při téměř optimálním provozu, můţe se dosáhnout
okolo 50 % účinnosti odstranění SO2 při molárním poměru sorbentu (Ca/S) 4 – 5. Účinnost
odstranění SO2 a účinnost vyuţití vápence jsou niţší neţ u jiných systémů odsiřování spalin.
Existuje několik opatření ke zlepšení účinnosti odstranění SO2 při nízkých investičních
nákladech například připojením některých zařízení k jednotce injektáţe sorbentu do topeniště.
Nejjednodušším opatřením je rozstřik vody do vedení před odlučovačem. To má za následek
zvýšení účinnosti odstranění SO2 asi o 10 %.
91
Recyklace reakčního produktu je účinnou alternativou a zkoumala se za účelem zvýšení
účinnosti jak při sniţování SO2, tak při vyuţití vápence. Reakční produkt zachycený
v zařízení k redukci tuhých částic (elektrostatickém odlučovači nebo tkaninovém filtru) se
opětně vstřikoval do topeniště nebo do vedení a nechal se několikrát cirkulovat. U některých
pochodů se po určitých úpravách recykloval. Od těchto opatření se očekává, ţe dosáhnou při
odstraňování SO2 70 – 90 % účinnosti.
Manipulace s popílkem a zneškodňování při injektáţi sorbentu do topeniště vyvolávají
komplikace většinou vlivem mnoţství jemných produktů reakce, které se má zpracovat.
Provoz při molárním poměru Ca/S = 2,0 při 10 % popelnatosti uhlí většinou ztrojnásobuje
podíl popílku, který se musí v odlučovacím zařízení zachytit a potom přesunout do místa
svého zneškodnění. Některé rekonstruované závody potřebují dokonalejší elektrostatické
odlučovače, aby se mohly takovému objemu přizpůsobit.
Ačkoliv mnohé výzkumné projekty pro vyuţití reakčních produktů jsou ve stadiu vývoje,
musí většina vyuţívaných zařízení k injektáţi sorbentu do topeniště mít oproti mokré
odsiřovací metodě, která produkuje prodejný vedlejší produkt tj. sádrovec, specielně upravené
místo pro zneškodnění.
Proces je vhodný pro paliva s nízkým obsahem síry a pro vyuţití v malých zařízeních.
U spalování v cirkulujícím fluidním loţi (CFBC) se tato technika provozuje za optimálních
teplotních podmínek, při vyuţití nízkoteplotního spalování v rozmezí 800 – 950 C, s vyšší
účinností absorpce při nadbytku sorbentu nad koeficient 2 (stechiometrický poměr).
Proces je sám o sobě poměrně jednoduchý a proto vyţaduje menší provoz a údrţbu. Při
procesu vzniká suchý pevný odpad, který nepotřebuje další úpravu před vyvezením na
skládku nebo se ho pouţije jako stavebního materiálu.
Injektáţ sorbentu do topeniště můţe způsobit zaslepování a zanášení výměníků tepla, takţe se
musí zvýšit odfuk sazí. Nejnovější odkazy, které se vztahují k tomuto opatření, jsou z Číny,
kde se ukázalo, ţe tento postup je vhodný, s ohledem na mírné poţadavky na emise SO2,
obsah síry v místním palivu a jednoduchost postupu.
Investiční náklady na metodu injektáţe sorbentu do topeniště při výrobě energie jsou niţší neţ
u rozprašovací sušárny a mokré metody odsiřování. Například u jednotky o 350 MWtep., s
jedním reaktorem, jsou investiční náklady asi 25 % investičních nákladů na mokrou
vápencovou metodu. Náklady na vápenec činí zhruba polovinu provozních nákladů na celý
postup a ty jsou celkově nízké vlivem ceny reakčních činidel.
Jedním přínosem tohoto jednoduchého pochodu je, ţe pro provoz nebo údrţbu není zapotřebí
ţádné zvláštní obsluhy. Opětné vyuţití vedlejšího produktu moţné je, ale nemá ţádný
ekonomický význam.
3.3.5.2. Injektáţ sorbentu do kouřovodu (suchá odsiřovací metoda)
Injektáţ sorbentu do kouřovodu znamená vstřikování sorbentu na bázi vápna nebo sodíku do
spalin mezi ohřívačem vzduchu a stávajícím elektrostatickým odlučovačem nebo tkaninovým
filtrem, jak ukazuje obr. 3.17.
92
Obr. 3.17: Injektáţ sorbentu do kouřovodu / 33, Ciemat, 2000/
Většina obvyklých typů injektáţe do kouřovodu je následující:
suchý vápenný hydrát, který je třeba zvlhčit
suchá injektáţ sodné substance, která nevyţaduje zvlhčení
injektáţ vápenné suspenze nebo čištění v kouřovodu, coţ nevyţaduje samostatný stupeň
vlhčení
Zvlhčení vodou slouţí dvěma účelům. Za prvé aktivuje sorbent ke zvýšené absorpci SO2 a za
druhé upravuje tuhé částice tak, aby se udrţela účinnost výkonu elektrostatického odlučovače.
Dokonce i kdyţ je injektáţ sorbentu do kouřovodu navenek jednoduchý pochod, je několik
klíčových jevů, jenţ zvyšují jeho redukční působení a to:
a) odsiřování spalin sorbenty na bázi vápníku nebo sodíku, přičemţ se produkty
s vysokým mnoţstvím nezreagovaného absorpčního činidla mnohokrát recyklují a
b) spojení se stávajícími elektrostatickými odlučovači zvyšuje účinnost při sníţení
teploty i za vyšší vlhkosti
Způsob, jakým bude elektrostatický odlučovač schopen zachytit aţ 100 krát více produktu
odsiřování a popílku při metodě injektáţe do kouřovodu, neţ při jednoduchém průchodu není
dobře znám. Dalším ukazatelem je zvlhčit recyklované produkty takovým způsobem, aby se
stěny ani elektrostatický odlučovač nedostaly do přímého kontaktu s vodou a zabránilo se
riziku koroze.
Po nástřiku se kyselý uhličitan sodný tepelně rozkládá na uhličitan sodný. Poté, co vnější
povrch sorbentu uhličitanu sodného zreagoval s oxidem siřičitým na siřičitan sodný nebo
síran, se reakce zpomaluje následkem zaslepení pórů sorbentu (které odolávají difuzi plynné
fáze SO2). Aby mohla reakce pokračovat, musí se částice sorbentu dále rozkládat. Tento
rozklad uvolňuje do okolní atmosféry vodu a plyny CO2 a vytváří v částici síť volného
prostoru. Tímto procesem se odhalí čerstvý reagenční sorbent a umoţní SO2 opět difundovat
dovnitř částic. Takové zvětšení povrchové plochy dosahuje v závislosti na určitém
specifickém sorbentu řádově 5 – 20-ti násobku oproti původní povrchové ploše.
93
O následující řadě reakcí se předpokládá, ţe k nim při vzniku uhličitanu sodného
k odstraňování SO2 nutně dochází:
2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
Na2CO3 + SO2 Na 2SO3 + CO2
Na2CO3 + SO2 + ´ O2 Na 2SO4 + CO2
Poměry rozkladu a následné sulfatace částic sodných sloučenin jsou sloţitou funkcí teploty
plynu, podílu tepla přeneseného do částice, vody a CO2 ve spalinách, parciálních tlaků a vlivu
ostatních sloţek přítomných ve spalinách.
Pro technologie injektáţe sorbentu do kouřovodu jsou charakteristické nízké investiční
náklady, jednoduchost pochodu a jejich přizpůsobivost obtíţným podmínkám při
rekonstrukci. Mají však poměrně nízkou účinnost odloučení SO2. Tato nevýhoda a nízké
účinnosti vyuţití sorbentu ztíţily vyuţitelnost v průmyslu. Injektáţ sorbentu do kouřovodu má
ale velkou moţnost pouţití u poměrně starých a malých kotlů, takţe se v současné době
vyvíjejí rozličné způsoby injektáţe sorbentu do kouřovodu tak, aby se zlepšilo odstranění SO2
a zvýšila se spolehlivost. Záměrem je, aby účinnosti vyuţívané injektáţe sorbentu do
kouřovodu byly při odstraňování SO2 obecně alespoň 50 %. Účelem vyvinutých postupů
zaloţených na lepších znalostech injektáţe sorbentu do kouřovodu je dosáhnout při
odstraňování SO2 účinnosti 70 – 95 % bez nadměrných dodatečných investičních nákladů a
bez provozních potíţí.
Recyklace pouţitého sorbentu je pro ekonomiku provozování injektáţe sorbentu do
kouřovodu zvláště důleţitá, protoţe kratší doby prodlevy sorbentu ( 0,5 – 3 vteřiny), vedou ve
srovnání s konvenčními rozprašovacími sušárnami k jeho niţšímu zuţitkování.
Bez recyklace pouţitého sorbentu reaguje s oxidem siřičitým obvykle pouze 15 – 30 % hm.
Ca(OH)2. To znamená, ţe 70 aţ 85 % nezreagovaného hydrátu vápenatého zachyceného
v elektrostatickém odlučovači se zneškodňuje se suchým popílkem. Nízké vyuţití sorbentu je
nevýhodou metody injektáţe do kouřovodu. U mnoha postupů se v současné době uplatňuje
recyklace pouţitého sorbentu, aby se zlepšilo jeho vyuţití a zvýšil se výkon při odstraňování
SO2.
U systému recyklace sorbentu se můţe část těchto zachycených pevných látek recyklovat zpět
do kouřovodu, aby se poskytla Ca(OH)2 další moţnost reagovat s SO2. Recyklace těchto
pevných látek zvyšuje celkový obsah Ca(OH)2 v systému bez navyšování podílu čerstvého
přídavku vápna. Proto se dosáhne určitého vyššího podílu odstranění SO2, aniţ by se zvýšily
náklady na čerstvý sorbent.
Metoda injektáţe sorbentu do kouřovodu je velmi jednoduchá a provoz je snadný také proto,
ţe neexistují ţádná výrazná rizika, která by byla příčinou špatného fungování pochodu.
Proces je vhodný pro různá paliva a techniky spalování, zejména kdyţ se injektáţ provádí do
chladnější části kouřovodu. V tom případě je moţné se vyhnout i spékání sorbentu a/nebo
jeho roztavení.
94
Protoţe se snadno realizuje regulace procesu, neovlivňují změny zatíţení kotle nebo ostatních
parametrů účinnost nepříznivě. Z celosvětové kapacity vybavené suchou technologií
odsiřování spalin vyuţívá 23 % (5929 MW elektrických v roce 1998) suché injektáţe do
kouřovodu a procesy injektáţe sorbentu do topeniště.
Metody suché injektáţe sorbentu jsou ekonomicky konkurenceschopné u malých
energetických zařízení. Investiční náklady jsou nízké a toto opatření je zcela snadné postavit u
stávajícího energetického závodu. Uvedené investiční náklady na metodu injektáţe sorbentu
do kouřovodu značně kolísají v závislosti na obsahu síry v palivu a na velikosti zařízení.
Potřebná reakční činidla jsou draţší neţ u procesu s vápencem u injektáţe do topeniště, coţ
znamená, ţe provozní náklady budou vyšší, dokonce i přesto, ţe je moţný niţší molární
poměr Ca/S. Podíl odloučení se můţe u metody zlepšit zvýšením stechiometrického poměru
Ca/S, coţ znamená zvýšení nákladů na sorbent a potřebu přídavné energie. Vedlejší produkt
se nemůţe opětně pouţít vţdycky a to znamená, ţe provozovatel bude mít vyšší výdaje.
Modifikovaný proces suchého odsiřování spalin
Kdyţ se horké neupravené spaliny z kotle nebo z předřazeného odlučovače (předřazený
odlučovač není na následujícím obrázku znázorněn) zavedou do reaktoru na suché odsiřování
spalin zařízením pro rozptyl plynu, dostanou se do kontaktu s volně proudícím zvlhčeným
práškem popílku a vápna. Jejich reaktivní sloţky se rychle absorbují do alkalických sloţek
prášku. Voda se současně odpařuje, aby se dosáhlo teploty spalin, které je zapotřebí pro
účinné zachycení SO2. Regulace rozptylování plynu, průtokové mnoţství prášku, rozptyl a
mnoţství zvlhčující vody zajišťují, ţe se získají vhodné podmínky pro optimální účinnost
odstranění SO2.
Upravený odcházející plyn proudí do samostatného odlučovače (tkaninový filtr nebo
elektrostatický odlučovač), kde se odstraní částice ze spalin. Výstupní plyny ze samostatného
odlučovače se vedou do komína pomocí sacího ventilátoru. Pevné zachycené částice se
recyklují do reaktoru suchého odsiřování spalin přes zvlhčovací systém. Hladina ve výsypce
se reguluje odfukem prášku do sila na vedlejší produkt ke zneškodnění / 135, Alstom Power,
2002/.
Kromě toho se u modifikovaného procesu odsiřování spalin minimalizuje potřeba technicky
pokročilého speciálního vybavení. Není tam ţádný rotační rozprašovač nebo s ním spojené
vysokorychlostní soustrojí; nejsou tam ani ţádné trysky na dvojí médium, které potřebují
stlačený vzduch.
Potřeba elektřiny pro míchání recyklovaného nebo reakčního činidla v míchačkách je
mnohem niţší neţ u odpovídajících poloţek v konvenčním systému suchého čištění
spalin: pro srovnání – rotační rozprašovač a trysky pro dvojí médium se zdají být
mnohem sloţitější neţ míchačka. Důleţitým důsledkem vyuţívání míchaček spíše neţ
trysek nebo rotačních rozprašovačů je to, ţe celé soustrojí, které by mohlo potřebovat
dohled provozovatele, je umístěno skoro v úrovni země mimo proud spalin a uzavřeno
v plášti společně s tkaninovým filtrem. Toto uspořádání vede k niţším nákladům a
snadnější údrţbě.
95
Obr. 3.18: Upravený proces suchého odsiřování spalin /135, Alstom Power, 2002/; /162,
Notter a kolektiv, 2002/.
3.3.5.3 Kombinovaná injektáţ sorbentu
Kombinovaná injektáţ sorbentu je spojením nástřiku sorbentu do topeniště a do kouřovodu
spalin ke zlepšení účinnosti odstranění SO2. Charakteristické pro hybridní injektáţ sorbentu je
vyuţití vápence jako sorpčního činidla. Je to výhodné, protoţe vápenec je levnější neţ vápno,
které se obvykle pouţívá při rozstřiku v rozprašovacích sušárnách.
Některé kombinované metody injektáţe sorbentu dosáhly průmyslového vyuţití díky hlavním
následujícím provozním charakteristikám jako je:
poměrně vysoký podíl odstranění SO2
nízké investiční i provozní náklady
snadné dovybavení
snadný provoz a údrţba bez manipulace se suspenzí
omezený prostor pro zařízení z důvodu menší velikosti strojního vybavení
ţádná úprava odpadní vody není zapotřebí
3.3.5.4 Suchá pračka s cirkulujícím fluidním loţem (CFB)
Proces s cirkulujícím fluidním loţem (vrstvou) je typem suché pračky, ale odlišuje se jak od
rozprašovací sušárny, tak od injektáţe sorbentu. Je to však jediná metoda svého druhu a je
v tomto dokumentu zařazena pod procesy injektáţe sorbentu jako suchá pračka s cirkulujícím
fluidním loţem.
96
Tento postup se od roku 1987 vyuţívá v průmyslu u pěti uţitkových kotlů spalujících uhlí
v Německu. Vápenný hydrát se vstřikuje přímo do reaktoru s cirkulujícím fluidním loţem.
Pálené vápno se můţe vyhasit ve stanici v samostatném zařízení.
Spaliny z kotelního ohříváku vzduchu vstupují spodem do cirkofluidního reaktoru a proudí
vertikálně vzhůru přes sekci na Venturiho principu. Venturiho systém se vyprojektoval tak,
aby se dosáhlo náleţitého rozprostření proudu v celém provozním prostoru nádoby. Uvnitř
Venturiho systému se nejdříve plyn urychlí, potom se zbrzdí ještě předtím, neţ vstoupí do
horní válcovité nádoby. Výška nádoby se projektuje tak, aby se přizpůsobila hmotnosti
materiálu loţe potřebného pro nutný časový kontakt Ca a SO2. Veškeré vstupy z vnějšku,
jako je recirkulovaný materiál, čerstvé reagenční činidlo a voda z úpravy plynu se do plynu
zavádějí na protilehlé straně Venturiho systému. Nádoba nemá uvnitř ţádné mechanické nebo
nosné součásti.
Provoz procesu není sloţitý a snadněji se udrţuje, protoţe nepotřebuje velkou údrţbu
strojního zařízení, jako jsou drtiče mlýnů, čerpadla odolná k abrasi suspenze, míchačky,
rotační rozprašovače a zařízení k odvodňování suspenze. Kromě toho zvýšená účinná
povrchová plocha částic v cirkulujícím loţi dovoluje úspěšné zachycení skutečně veškerého
SO3 v plynu, coţ vylučuje moţnost koroze na trase plynu z kondenzátu aerosolové mlhy SO3.
3.3.6 Regenerativní procesy
U regenerativních procesů se pouţité sorpční činidlo opět vyuţívá a to po tepelné nebo
chemické úpravě za současné tvorby koncentrovaného SO2, který se potom obvykle převádí
na elementární síru. První regenerativní pochody se začaly průmyslově vyuţívat od počátku
70. let. Protoţe se jedná o sloţité pochody, které vyţadují vysoké investiční náklady a rovněţ
více energie pro provoz, nedosáhly u spalovacích zařízení širokého vyuţití.
Před rozsáhlým pouţíváním odsiřování spalin se síra vyuţívala jako nákladný přírodní zdroj,
ale dnes se získává z několika průmyslových pochodů a tedy poklesla její cena tak, ţe má
nyní velmi nízkou komerční hodnotu. Protoţe se tyto pochody většinou vyplácejí jedině při
výrobní návratnosti, znamenají nízké ceny síry, ţe jsou většinou neschopné konkurovat.
Některé způsoby se změnily na jiné metody. Tyto procesy vyuţívají pouze velká spalovací
zařízení uvnitř nebo v blízkosti rafinerií nebo chemických závodů, kdyţ se vyuţívá
regenerace ve velkém měřítku v sídle průmyslu.
3.3.6.1 Proces se siřičitanem a kyselým siřičitanem sodným
Proces s kyselým siřičitanem sodným je nejrozšířeněji vyuţívanou regenerativní metodou.
Průmyslová zařízení, která tento proces vyuţívají se provozují u průmyslových kotlů a
elektráren spalujících černé uhlí, hnědé uhlí včetně lignitu, olej a naftový koks. Celkově
existuje 38 zařízení (celkem s 23 miliony m3/hod spalin), včetně 6 kotlů na černé uhlí. Většina
těchto závodů je v Německu, Japonsku a USA. Nicméně provozovatelé velkých spalovacích
zařízení jiţ zaměnili v mnoha případech techniky nebo je zaměňují z ekonomických důvodů
za levnější procesy odsiřování spalin.
Postup je zaloţen na rovnováze siřičitanu a kyselého siřičitanu sodného. Spaliny nejdříve
procházejí do předpírací jednotky, kde se plyn sytí a chladí a odstraňují se rovněţ halogeny a
některé ze zbývajících částic. Můţe se pouţít celá řada předpíracích systémů, ale kaţdý
obsahuje proud recirkulující vody, aby se zajistil dobrý kontakt a čistý proud za současného
sníţení koncentrace chloridů a pevných látek.
97
V absorbéru dochází k následujícím reakcím:
Na2SO3 (aq) + SO2 (g) + H2O (l) 2 NaHSO3 (aq)
Absorpce je protiproudá a jak tekutina stéká dolů kolonou, mění se stále více siřičitanu na
kyselý siřičitan, který kolonu opouští. Do roztoku se zachytí i malé mnoţství popílku, který
prochází předřazenou pračkou a odstraňuje se filtrací ještě předtím, neţ vyčištěná tekutina
prochází před regenerací meziskladovacím prostorem.
V prostoru regenerace dochází k hlavní reakci:
2 NaHSO3 (aq) Na2SO3 (aq) + SO2 (g) + H2O (g)
Kapalný produkt z absorbéru se regeneruje ve výparnících s nuceným oběhem. Následně
siřičitan sodný krystaluje z roztoku a opětně se rozpouští v kondenzátu, čímţ produkuje
kapalinu pro napájení absorbéru. Při procesu dochází ke dvěma vedlejším reakcím, jedné
v prostoru absorbéru a další během regenerace. V absorpčním prostoru se vlivem obsahu
kyslíku ve spalinách tvoří malé mnoţství síranu sodného, který sniţuje kapacitu kapaliny pro
absorpci SO2:
2 Na2SO3 (aq) + O2 (g) 2 Na 2SO4 (aq)
Během regenerace se tvoří při disproporcionální reakci malé mnoţství thiosíranu sodného:
2 Na2SO3 (aq) + 2 NaHSO3 (aq) 2 Na 2SO4 (aq) + Na 2S2O3 (aq) + H2O (l)
Tato reakce je autokatalytická, takţe se koncentrace thiosíranu udrţuje na nízké úrovni
odkalováním. Přidává se hydroxid sodný, aby nahradil jakoukoliv ztrátu sodíku – hlavně kvůli
oxidaci siřičitanu sodného na síran v absorbéru. Jako inhibitor oxidace se přidává také
kyselina etylendiamin-tetraoctová (EDTA).
(vysvětlivky: (aq) = vodný roztok; (g) = plyn ; (l) = kapalina)
Tento proces se od roku 1987 provozuje v Německu při odsiřování spalin ze dvou sousedních
elektráren s výkony 350 MWel. a 325 MWel.. Kombinované zařízení produkuje 80 000–90 000
tun vysoce kvalitní síry za rok a 15 000 – 20 000 tun čistého síranu sodného za rok. Proces
s normálním a kyselým siřičitanem sodným je projektově sloţitý a vyţaduje kvalifikovanou
obsluhu provozu.
3.3.6.2 Proces s oxidem hořečnatým (MgO)
Proces s oxidem hořečnatým je regenerativní metoda mokré vypírky vyuţívající jako sorbentu
roztoku hydroxidu hořečnatého. Je principielně stejný jako mokrá vápencová vypírka aţ na
stupeň regenerace vyčerpaného sorpčního činidla. V předřazené pračce se odstraňuje ze spalin
HCl a HF, aby se předešlo kontaminaci hořečnaté soli po absorpci SO2. Potom vstupují
spaliny do absorbéru, kde se absorbuje SO2 vodnou suspenzí síranu hořečnatého vytvořeného
ze sorbentu hydroxidu hořečnatého:
98
Dochází k následujícím reakcím :
MgSO3 + SO2 + H2O Mg(HSO3)2
Mg(HSO3)2 + Mg(OH)2 2 MgSO3 + 2 H2O
2 MgSO3 + O2 2 MgSO4
Reakčním produktem jsou siřičitan a síran hořečnatý, který nepřetrţitě vytéká z absorbéru a
suší se v sušárně. Siřičitan a síran hořečnatý kalcinují při teplotě okolo 900°C, za přítomnosti
uhlíku dochází k regeneraci na MgO, který se vrací do absorpčního systému:
MgSO3 MgO + SO2
MgSO4 + C MgO + SO2 + CO
Jako vedlejší produkt se procesem získá elementární síra, kyselina sírová nebo koncentrovaný
oxid siřičitý. Jsou to prodejné vedlejší produkty, coţ můţe sníţit celkové provozní náklady.
Jinak by regenerace oxidu hořečnatého vyţadovala velké mnoţství tepelné energie.
V současné době jsou v USA v provozu tři zařízení o celkové kapacitě okolo 900 MWel.
spalující uhlí, která pouţívají metodu s oxidem hořečnatým. Všechna byla v roce 1982,
jakoţto stávající závody zrekonstruována a dovybavena tímto procesem a všechna spalují
uhlí s 3,5 % síry. V současné době nejsou ve výstavbě ţádné závody, které by měly vyuţívat
magnezitovou metodu a nejsou známy ani ţádné další závody s touto technologií, které by
byly v plánu.
99
3.3.7 Obvyklé provedení technik pro odsiřování spalin
Tab.3.5: Obvyklé provedení mokré vápno-vápencové metody při sniţování emisí SO2
Pozn
ám
ky
U n
ěkte
rých
jed
note
k o
dsi
řován
í sp
alin
zač
íná
podíl
sn
íţen
í S
O2 u
85 %
;
Z c
elkové
inst
alovan
é kap
acit
y o
dsi
řovac
ích
zaří
zení
je 8
0 %
mokrý
ch m
etod, z
nic
hţ
72 %
vyuţí
vá
jako r
eakčn
í č
inid
lo v
ápen
ec, 16 %
uţí
vá
váp
no a
12 %
uţí
vá
ost
atní
činid
la;
Volb
a váp
ence
(vyso
ký o
bsa
h C
aCO
3, níz
ký
obsa
h A
l, F
a C
l) j
e důle
ţitý
m p
roblé
mem
, ab
y
se z
ajis
tila
dobrá
úči
nnost
odst
raněn
í S
O2
;
Je t
řeba
brá
t v
úvah
u d
vě
důle
ţité
otá
zky a
to
vzd
álen
ost
pro
dopra
vu v
ápen
ce d
o z
ávodu a
reak
tivnost
váp
ence
;
Něk
dy s
e uţí
vaj
í k
udrţ
ení
hodnoty
pH
vypír
acíh
o r
ozt
oku o
rgan
ické
pufr
y;
Ztr
áta
ener
gie
nás
ledkem
ohře
vu s
pal
in j
e vel
ká
ve
srovnán
í se
such
ým
i sy
stém
y o
dsi
řován
í a
kom
bin
ovan
ým
i sy
stém
y o
dst
raňován
í
SO
2/N
Ox, kte
ré o
bvykle
nep
otř
ebují
ohře
v
spal
in;
Pro
blé
my s
poje
né
s ro
tačn
ím v
ým
ěník
em t
epla
ply
n-p
lyn p
rovozo
van
ým
při
150°C
, kdy u
nik
á
3-5
% s
uro
vých
spal
in pří
mo
do k
om
ína
bez
odsí
ření;
Něk
oli
k z
aříz
ení
vyuţí
vá
mokré
syst
émy
odsí
ření
s vypoušt
ěním
pře
s ch
ladíc
í věţ
neb
o
mokrý
kom
ín.V
ýst
upy vyči
štěn
ého p
lynu p
řes
chla
díc
í věţ
neb
o m
okrý
kom
ín e
lim
inují
potř
ebu n
ákla
dů n
a ohře
v, uše
tří
ener
gii
k
ohře
vu a
půso
bí
znač
ně
niţ
ší p
říze
mní
konce
ntr
ace
emis
í;
Nev
ýhodou m
okré
váp
enco
vé
met
ody j
e tv
orb
a
odpad
ní
vody;
Vyso
ká
spotř
eba
vody;
Ztr
áta
cel
kové
úči
nnost
i za
říze
ní
z důvodu
vyso
ké
spotř
eby e
ner
gie
(če
rpad
la s
usp
enze
spotř
ebují
prů
měr
ně
okolo
1 M
W)
Sád
ra /
sádro
vec
jak
o p
rodej
ný p
rodukt
ost
atn
í p
rovozn
í p
ara
met
ry
hod
nota
45-6
0 °
C
váp
enec
,váp
no
1-3
%
20-3
0 (
10
2 P
a)
1,0
2-1
,1
95-9
9 %
pro
vozn
í doby
sádro
vec
90-
95 %
10 s
ec
> 1
0 l
et
(čer
né
uhlí
)
92-9
8 %
90-9
9 %
90-9
9 %
v
abso
rbér
u
> 5
0 %
v z
ávis
lost
i na
vel
ikost
i čá
stic
para
met
r
pro
vozn
í te
plo
ta
sorb
ent
spotř
eba
ener
gie
jako %
ele
ktr
.
kap
acit
y
tlak
ová
ztrá
ta
molá
rní
pom
ěr
Ca/
S
spole
hli
vost
odpad
/ved
lejš
í
pro
dukt
čist
ota
sá
dro
vce
doba
pro
dle
vy
ţivotn
ost
pry
ţovéh
o
vyvlo
ţkován
í podíl
odlo
uče
ní
SO
3
podíl
odlo
uče
ní
HC
l podíl
odlo
uče
ní
HF
tuhé
část
ice
ob
vyk
lý
pod
íl
sníţ
ení
SO
2
92-9
8 %
(v z
ávis
los
ti n
a ty
pu
abso
rbér
u)
tech
nik
a
Tec
hn
ika
Mok
rá
váp
no-
váp
enco
vá
met
od
a
100
Tab. 3.6 Obvyklé provedení metody vypírání mořskou vodou při sniţování emisí SO2 p
ozn
ám
ky
Musí
být
k d
ispozi
ci m
ořs
ká
voda;
V p
rovozu
je
u e
lektr
áren
jen
něk
oli
k j
ednote
k;
Při
apli
kac
i pro
cesu
vypír
ání
mořs
kou v
odou u
spal
ovac
ího
zaří
zení
je t
řeba
peč
livě
ote
stovat
mís
tní
podm
ínky a
char
akte
rist
iku
mořs
ké
vody, pro
udy p
ři p
říli
vu a
odli
vu, vodní
pro
stře
dí
v b
lízk
ost
i
vypoušt
ění
vody z
pra
čky a
td., a
by
se p
ředeš
lo n
egat
ivním
dopad
ům
na
ţivotn
í pro
stře
dí.
Dopad
y m
ohou
nas
tat
při
sníţ
ení
pH
v o
bvyklé
m
souse
dst
ví
elek
trár
ny, st
ejně
jako z
e
vst
up
u z
bytk
ových
kovů (
těţk
ých
kovů, urč
itých
sto
pových
prv
ků)
a
popíl
ku. Jd
e vyuţí
t ze
jmén
a u
závodů u
mís
těných
v ú
stí
řek d
o
moře
.
Upla
tněn
í vypír
ání
mořs
kou v
odou
je v
elm
i vyso
ké,
pro
toţe
je
pro
ces
jednoduch
ý a
nev
yţa
duje
man
ipula
ci s
e su
spen
zí
Pro
vozn
í nák
lady j
sou v
e sr
ovnán
í
s m
okrý
m s
yst
émem
odsi
řován
í
spal
in n
ízké
Spal
iny j
e vša
k t
řeba
nej
dří
ve
zbav
it p
rach
u
Lze
pouţí
t pouze
u n
ízkosi
rnat
ého
pal
iva
ost
atn
í p
rovozn
í p
ara
met
ry
hod
nota
145 °
C (
pří
kla
d v
stupu s
pal
in)
30-4
0 °
C (
pří
kla
d v
ýst
upu
spal
in)
Mořs
ká
voda
/ vzd
uch
15 m
in. (p
říkla
d, ča
s pro
dle
vy
závis
í na
typu m
etody)
Pro
prů
tok s
pal
in n
ení
om
ezen
í
98-9
9 %
ţádné
0,8
-1,6
%
95-9
9 %
95-9
9%
v a
bso
rbér
u
15000 m
3/h
od (
závis
í na
konce
ntr
aci
kyse
lého u
hli
čita
nu
v m
ořs
ké
vodě)
ţádná
(ale
sír
anové
ionty
rozp
ušt
ěné
v m
ořs
ké
vodě)
10-2
0 (
10
2 P
a)
para
met
r
pro
vo
zní
teplo
ta (
pří
kla
d)
sorb
ent
čas
pro
dle
vy m
ořs
ké
vody v
pro
vzd
ušň
ovač
i
max
imál
ní
prů
tok s
pal
in
abso
rbér
em (
pří
kla
d)
spole
hli
vost
odpad
/ved
lejš
í p
rodukt
spotř
eba
ener
gie
jak
o %
elek
tric
ké
kap
acit
y
podíl
odst
raněn
í H
Cl
podíl
odst
raněn
í H
F
spotř
eba
vody (
pří
kla
d)
odpad
ní
voda
tlak
ová
ztrá
ta
ob
vyk
lý
pod
íl
sníţ
ení
SO
2
85 –
98 %
tech
nik
a
Vyp
írán
í
mořs
kou
vod
ou
101
Tab. 3.7: Obvyklé provedení metody s rozprašovací sušárnou při sniţování emisí SO2 P
ozn
ám
ky
Je t
řeba
podotk
nout,
ţe
v r
ozp
rašo
vac
ích s
ušá
rnác
h s
e S
O3
odst
raní
úči
nněj
i neţ
v m
okrý
ch p
račk
ách;
Vyuţi
tí v
ěţových
mlý
nů k
haš
ení
můţe
zvýši
t re
akti
vnost
haš
enéh
o v
ápna;
Pro
toţe
rozp
rašo
vac
í su
šárn
y m
ohou o
dst
ranit
víc
e S
O3 n
eţ
mokré
met
ody, je
pra
vděp
odobně
pro
blé
m s
kyse
linou
síro
vou v
těs
né
blí
zkost
í zá
vodu m
enší
neţ
u m
okrý
ch
pra
ček
Pro
toţe
spotř
eba
ener
gie
v z
aříz
eníc
h p
ro r
edukci
NO
x a
tuhých
čás
tic
činí
mén
ě neţ
0,1
%, je
cel
ková
spotř
eba
ener
gie
pro
sníţ
ení
zneč
iště
ní
v z
ávodě,
kte
rý u
ţívá
rozp
raš.
su
šárn
u o
bvykle
pod 1
,0 %
. T
o j
e vel
ká
výhoda
opro
ti m
okrý
m m
etodám
, v
yţa
dují
cím
spotř
ebu e
ner
gie
1,0
-1,5
%;
U r
ozp
rašo
vac
ích s
ušá
ren j
sou 4
x-5
x v
yšš
í nák
lady n
a
váp
enný s
orb
ent
opro
ti v
ápen
ci, kte
rý d
om
inuje
u m
okrý
ch
met
od, co
ţ je
pra
vděp
odobně
nej
vět
ší n
evýhodou;
rozp
rašo
vac
ích s
ušá
ren;
Výzk
um
ukáz
al, ţe
se
vyper
e as
i 35-8
5 %
Hg p
říto
mné
v p
lynné
fázi
;
Met
ody su
ché
rozp
rašo
vac
í ab
sorp
ce s
e v
souča
sné
době
pro
vozu
jí u
spal
ovac
ích j
ednote
k n
a če
rné
uhlí
, al
e m
etoda
se o
dzk
ouše
la s
e při
pil
otn
ích s
tudií
ch i
na
ost
atní
fosi
lní
pal
iva
jako j
e ole
j, h
něd
é uhlí
neb
o r
ašel
ina;
U o
bsa
hu s
íry p
řevyšu
jící
m 3
% s
e úči
nnost
odlo
uče
ní
lehce
sniţ
uje
;
Úči
nnost
rozp
rašo
vac
ích. su
šáre
n j
e zn
ačně
závis
lá n
a
pouţ.
odpra
š. z
aříz
ení
(tkan
in. fi
ltr,
neb
o e
lektr
ost
at.
odlu
čovač
), p
roto
ţe o
dsi
řován
í do u
rčit
é m
íry n
astá
vá
nap
ř.
na
filt
rovém
kolá
či t
kan
inovéh
o f
iltr
u;
Odpad
em j
e C
aSO
4
ost
atn
í p
rovozn
í p
ara
met
ry
hod
nota
120-2
00°C
vst
up s
pal
in
65-8
0°C
výst
up s
pal
in
váp
no/
CaO
2-1
0 s
ek
1,3
-2,0
700 0
00 m
3
95 %
0-1
5 %
10-3
5 %
95-9
9 %
směs
popíl
ku, nez
reag
.
adit
iva
a C
aSO
3
0,5
-1 %
20-4
0 l
/ 1
03 m
3 s
pal
in
(záv
isí
na
teplo
tě
ply
nu)
ţádná
30 (
10
2 P
a)
para
met
r
pro
vozn
í te
plo
ta
sorb
ent
čas
pro
dle
vy
Ca/
S
max
. p
rosa
z sp
al.
abso
rbér
em
podíl
odlo
uče
ní
SO
3 a
HC
l
podíl
rec
irkula
ce
pouţi
t. s
orb
entu
obsa
h p
ev. lá
tek
v i
nje
kt.
kap
alin
ě
spole
hli
vost
odpad
/ v
edle
jší
pro
dukt
Spotř
. en
erg. ja
ko
% e
lekt.
kap
acit
y
spotř
eba
vody
odpad
ní
voda
tlak
ová
ztrá
ta
rozp
raš.
sušá
rny
bez
odpra
š..z
aříz
.
ob
vyk
lý
pod
íl
sníţ
ení
SO
2
85–92 %
tech
nik
a
Rozp
raš.
sušá
rna
102
Tab. 3.8: Obvyklé provedení různých technik injektáţe sorbentu při sniţování emisí SO2
pozn
ám
ky
Úči
nnost
reg
ula
ce S
O2 j
e pri
már
ní
funkcí
molá
rníh
o p
om
.ěru
Ca/
S, ty
pu s
orb
entu
,
stupně
zvlh
čení,
dost
up. ad
itiv
, m
ísta
nás
třik
u a
zat
íţen
í kotl
e
Ke
zvýše
ní
úči
nnost
i odst
raněn
í S
O2 s
e
můţe
pře
d o
dlu
čovač
vst
řikovat
do
kouřo
vodu v
oda.
Zle
pší
se
úči
nnost
odst
raňován
í S
O2 o
10 %
Pro
blé
m ú
sad, haš
ení
a st
abil
ity p
lam
ene
v k
otl
i
Inje
ktá
ţ so
rben
tu d
o t
open
iště
můţe
zvýši
t
mnoţs
tví
nes
pál
enéh
o u
hlí
ku v
popel
u
Níz
ké
inves
tičn
í nák
lady a
vel
mi
jednoduch
é
zaří
zení
Snad
né
rek
onst
ruovat
(m
alý p
rost
or
a
krá
tká
doba
výst
avby)
Ţád
ná
odpad
ní
voda
Man
ipula
ce s
popíl
kem
je
těţš
í, p
roto
ţe j
e
popíl
ek o
bohac
en n
ezre
agovan
ým
váp
nem
,
kte
ré z
půso
buje
zvět
šení
váh
y p
opíl
ku p
o
nam
oče
ní
Ten
den
ce k
e zv
ýše
ní
úsa
d n
a st
ěnác
h
Pouţi
to v
něk
terý
ch z
ávodec
h v
US
A
Nád
oba
s ci
rkofl
uid
ním
loţe
m s
e pro
jektu
je
pro
rych
lost
i ply
nu u
vnit
ř 1,8
– 6
m/s
při
30
-
100 %
zat
íţen
í kotl
e
Bylo
pouţi
to p
ouze
něk
oli
krá
t
Vyso
ký p
odíl
odst
raněn
í tě
ţkých
kovů
ost
atn
í p
rovozn
í p
ara
met
ry
hod
nota
980-1
230°C
(nah
oře
v t
open
išti
)
540°C
(sp
oři
č)
Váp
enný h
ydrá
t,
váp
enec
, dolo
mit
99,9
%
2 %
0,0
1-0
,5 %
směs
Ca
solí
Váp
enný h
ydrá
t,
váp
enec
, dolo
mit
99,9
%
0,2
%
směs
Ca
solí
3 s
ek
7-8
0°C
3 s
ek
1,1
/1,5
10-1
00 %
0,3
-1 %
Ca(
OH
) 2
98-9
9,5
%
7-1
5 h
Pa
CaS
O3 ,C
aSO
4,
popíl
ek
para
met
r
pro
vozn
í te
plo
ta
sorb
ent
spole
hli
vost
pokle
s úči
nnost
i
kotl
e sp
otř
. en
ergie
jak
o
% e
lektr
. kap
acit
y
odpad
pro
vozn
í te
plo
ta
sorb
ent
spole
hli
vost
spotř
. en
ergie
jak
o
% e
lektr
. kap
acit
y
odpad
doba
pro
dle
vy
Pro
vozn
í te
plo
ta
čas
pro
dle
vy
Ca/
S
Podíl
rec
irkula
ce
pouţi
tého s
orb
entu
Spotř
eba
ener
gie
Sorb
ent
Spole
hli
vost
Tla
ková
ztrá
ta b
ez
odprá
šení
Odpad
ob
vyk
lý p
od
íl
sníţ
ení
SO
2
30-5
0 %
70-8
0 %
pod
le
recy
kla
ce
reak
čníh
o
pro
duktu
50-8
0 %
50-8
0%
(90%
dle
reak
tivit
y
nez
reag
. C
aO p
ři
zvlh
čení
90-9
9 %
tech
nik
a
Inje
ktá
ţ
sorb
entu
do
top
eniš
tě
Inje
ktá
ţ
s o r b e n t u d o k o u ř o v o d u
Hy
bri
dn
í
i n j e k t á ţ s o r b e n t u
Su
chá
pra
čka s
cir
kofl
uid
.
loţe
m
103
Tab. 3.9: Obvyklé provedení regenerativních technik při sniţování emisí SO2
p
ozn
ám
ky
Pro
ces
s norm
álním
a k
yse
lým
siř
ičit
anem
sodným
se
v s
ouča
sné
době
v E
vro
pě
u j
ednote
k
spal
ován
í uhlí
nep
ouţí
vá;
Pro
toţe
pro
ces
pouţí
vá
k a
bso
rpci
SO
2 r
ozt
ok,
můţe
se
bez
pro
blé
mů s
vyso
kou ú
činnost
í
vyuţí
t pří
slušn
ých
zař
ízen
í ja
ko j
sou v
ýplň
ová
loţe
neb
o p
osu
vných
des
ek b
ez p
roblé
mů s
e
zanáš
ením
V n
ěkte
rých
pří
pad
ech, nap
ř. t
am, kde
je
elek
trár
na
v b
lízk
ost
i m
ěsts
kéh
o c
entr
a, m
ůţe
pře
pra
va
vel
kéh
o m
noţs
tví
mat
eriá
lů (
váp
ence
a
sádro
vce
) dovnit
ř a
ven
z e
lektr
árny p
ůso
bit
nep
říje
mnost
i nás
ledkem
hlu
ku a
dopra
vy.
Nap
roti
tom
u j
sou u
pro
cesu
s n
orm
álním
a
kyse
lým
siř
ičit
anem
sodným
mnohem
men
ší
pře
suny h
ydro
xid
u s
odnéh
o a
sír
y
Ten
to p
roce
s vyţa
duje
vyso
ké
inves
tičn
í
nák
lady, vyso
ké
nár
oky j
ak n
a poče
t, t
ak
odborn
ost
obsl
uţn
ého p
erso
nál
u a
vyso
kou
spotř
ebu e
lektř
iny
ost
atn
í p
rovozn
í p
ara
met
ry
h
od
nota
45-7
0 °
C
3,5
%
600 0
00 m
3/h
20 –
50 %
3-5
,8 %
70-2
00 m
3/h
(jen
pře
dpír
ka)
> 9
5 %
nen
í k
dis
po
zici
Ele
men
t. s
íra,
H2S
O4, neb
o
konce
ntr
. S
O2
nen
í
k d
ispo
zici
para
met
r
teplo
ta s
pal
in v
abso
rbér
u
max
. obsa
h S
v
pal
ivu
max
. prů
tok s
pal
in
obsa
h p
evných
láte
k v
inje
kto
van
é
kap
alin
ě
spotř
eba
ener
gie
jako %
ele
ktr
ické
kap
acit
y
spotř
eba
vody
spole
hli
vost
Spotř
. en
ergie
jak
o
% e
lektr
. kap
acit
y
ved
lejš
í pro
dukt
spole
hli
vost
ob
vyk
lý
pod
íl s
níţ
ení
SO
2
95-9
8 %
nen
í k
dis
po
zici
tech
nik
a
Pro
ces
s n
orm
áln
ím a
kyse
lým
siřič
itan
em
sod
ným
Pro
ces
s M
gO
(magn
ezit
ová
met
od
a)
104
3.4 Techniky ke sniţování emisí oxidů dusíku
Tato část poskytuje obecný popis opatření a technik, které se obvykle pouţívají ke sniţování
emisí oxidů dusíku ze spalovacích zařízení 3. Techniky ke sniţování oxidů dusíku jsou
rozděleny na opatření primární a sekundární. Primární opatření byla vyvinuta k redukci
tvorby NOx a /nebo sniţování v kotli, zatímco sekundární opatření jsou koncovými
technikami sniţování emisí NOx.
Publikovalo se mnoho knih, zpráv a dalších dokumentů o sniţování emisí do ovzduší ze
stacionárních zdrojů, tj. velkých spalovacích zařízení. Podrobnější informace o technikách ke
sniţování oxidů dusíku lze nalézt dle citací /32, Rentz a kolektiv, 1999/; /33, Ciemat, 2000/,
které byly pouţity jako technické podkladové materiály pro tuto část BREF.
Oxidy dusíku (NOx), které se tvoří během spalování fosilních paliv jsou hlavně NO, NO2 a
N2O. NO přispívá více neţ 90 % k celkovým NOx u většiny typů spalování. Jak se jiţ
uvádělo v kapitole 1, existují teoreticky tři různé podoby mechanismu tvorby NOx; forma
tepelných NOx; okamţitých NOx; forma NOx z dusíku jakoţto sloţky paliva. V současné
době se u velkých spalovacích zařízení pouţívá k minimalizaci tvorby NOx vlivem těchto
mechanismů řada primárních opatření. Z údajů, které byly shromáţděny aţ do roku 1996
organizacemi Eurelectric VDEW a VGB se uvádí v tabulce 3.10 přehled o počtu
denitrifikačních stanic.
Tab. 3.10: Denitrifikace u velkých spalovacích zařízení v EU-15 (sekundární opatření,
primární nejsou zařazena) /58, Eurelectric, 2001/
Závody a technika Počet stanic a elektráren Závody s DENOX a regulovaným
elektrickým výkonem
země počet stanic elektrický výkon
(MWel )
počet stanic
(N 1 )
elektrický výkon
(MWel )
Rakousko 18 4852 17 4178
Belgie 31 5867 - -
Dánsko 13 8447 4 1754
Německo 960 (N2) 91090 166 35249
Řecko 10 6138 - -
Finsko 30 5054 2 600
Francie 17 18218 6 1850
Irsko 10 2955 - -
Itálie 79 41873 27 15690
Lucembursko - - - -
Nizozemí 15 9632 2 1270
Portugalsko 6 4514 - -
Španělsko 41 19357 - -
Švédsko 41 5303 25 2534
Velká Británie 26 37718 - -
EU-15 (1996) 1297 261018 249 63125
(N1) včetně spalování ve fluidním loţi; (N2) včetně elektráren němec.prům. > 50 MWtep ; ________________________ 3 Tato kapitola se zabývá hlavně technikami ke sníţení NOx v kotlích. Techniky, které jsou
specifické pro sniţování emisí NOx z parních turbin a pístových motorů se popisují
v kapitolách o specifických palivech (kapalná paliva, plynná paliva)
105
3.4.1 Primární opatření ke sniţování emisí NOx
Existuje široká paleta primárních opatření ke sniţování emisí (modifikace spalování) při
potlačení tvorby NOx ve spalovacích zařízeních. Všechna tato opatření směřují k modifikaci
provozu nebo projektových parametrů spalovacích zařízení takovým způsobem, aby se tvorba
oxidů dusíku sníţila, nebo aby se oxidy dusíku jiţ vytvořené konvertovaly uvnitř kotle ještě
před jejich vypuštěním. Obr. 3.19 uvádí přehled primárních opatření.
Obr. 3.19: Přehled primárních opatření ke sniţování emisí NOx /32, Rentz a kol., 1999/
Kdyţ se zavádějí primární opatření (modifikace spalování), je důleţité se vyhnout zpětným
dopadům na provoz kotle a tvorbě jiných znečišťujících látek. Tedy by se při provozu
s nízkou tvorbou NOx měly vzít v úvahu následující kritéria:
bezpečnost provozu ( např. stabilizovaný záţeh v rozsahu míry zatíţení)
provozní spolehlivost (předejít např. korozi, erozi, úsadám, škvárování, přehřátí potrubí
atd.)
schopnost spalovat široký rozsah paliv
dokonalé spalování (sníţit mnoţství uhlíku v popelu, protoţe je obvyklou podmínkou
prodejnosti popílku do cementářského průmyslu méně neţ 5 % nespáleného uhlíku
v popílku. Dokonalé spálení se také vyţaduje, aby se zabránilo vysokým emisím CO)
nejniţší moţné emise znečištění, tj. předcházet tvorbě dalších znečišťujících látek,
například částicím organických látek (persistentních organických látek=POPs) nebo N2O
minimální zpětný dopad na zařízení k čištění spalin
nízké náklady na údrţbu
modifikace
spalování
nízký přebytek
vzduchu
nízkoemisní hořáky
recirkulace
spalin
omezený
ohřev vzduchu
odstupňování
paliva
postupné přivádění
vzduchu do topeniště
nízkoemisní hořáky
do topeniště
odstupňování
vzduchu
do topeniště
nízkoemisní hořáky
hořák mimo
provoz
zapálení
šikmého
hořáku
přehřátý
vzduch
106
3.4.1.1 Nízký přebytek vzduchu
Nízký přebytek vzduchu je poměrně jednoduché a snadno proveditelné provozní opatření pro
sníţení emisí oxidů dusíku. Sníţením mnoţství kyslíku, který je k dispozici ve spalovací zóně
na minimální mnoţství potřebné pro dokonalé spálení, se sníţí přeměna dusíku vázaného
v palivu a v menší míře i tvorba tepelných NOx. Značného sníţení emisí lze dosáhnout tímto
opatřením zejména v případě starých elektráren a proto se zabudovalo i u mnoha stávajících
velkých spalovacích zařízení. Všeobecně jsou nová zařízení opatřena rozsáhlým vybavením
pro měření a regulaci, které umoţňuje optimální nastavení přívodu spalovacího vzduchu.
K nízkému přebytku spalovacího vzduchu není zapotřebí ţádné přídavné energie a pokud běţí
provoz jak náleţí, ţádné omezení pouţitelnosti by pro elektrárnu z tohoto primárního opatření
ke sníţení emisí nemělo plynout. Protoţe se však sníţí hladina kyslíku, můţe docházet
k nedokonalému spalování a můţe vzrůstat mnoţství nespáleného uhlíku v popelu. Kromě
toho se můţe sníţit teplota páry. Sníţením kyslíku v primárních zónách na velmi malé
mnoţství můţe také vést k vyšším hladinám CO. Výsledkem těchto změn můţe být sníţení
účinnosti kotle, škvárování, koroze a celkové zpětné dopady na výkon kotle. Dalším účinkem
této technologie je, ţe se sníţí nejen NOx, ale také SO3, který můţe působit korozi a zanášení
ohříváku vzduchu a zařízení k redukci pevných částic. Potenciální problémy bezpečnosti,
které by mohly při pouţití této techniky bez přísného systému regulace nastat, spočívají
v poţárech v ohřívácích vzduchu a ve výsypkách popela, stejně jako ve zvýšení
nepropustnosti a v intenzitě zanášení stěn s vodním potrubím.
3.4.1.2 Odstupňování (postupné dávkování) vzduchu
Sníţení NOx odstupňováním vzduchu je zaloţeno na tvorbě dvou rozdělených spalovacích
zón, primární zóně spalování s nedostatkem kyslíku a sekundární zóně spalování s jeho
přebytkem, aby se zajistilo úplné dospálení. Odstupňování vzduchu sniţuje mnoţství kyslíku,
který je k dispozici (70 – 90 % primárního vzduchu) v primární spalovací zóně.
Podstechiometrické podmínky v primární zóně potlačují konverzi v palivu vázaného dusíku
na NOx. Při celkově niţším teplotním maximu se také do určité míry sníţí tvorba tepelných
NOx. V sekundární zóně se injektuje 10 – 30 % spalovacího vzduchu nad zónu spalování. Při
takto zvětšeném objemu plamene je spalování úplné.Tudíţ poměrně nízkoteplotní sekundární
etapa omezuje produkci tepelných NOx.
U kotlů a topenišť existují k docílení postupně přidávaného vzduchu následující moţnosti
volby:
zapalování diagonálních hořáků: zapalování diagonálních hořáků se pouţívá často jako
modernizačního opatření u stávajících zařízení (pouze u vertikálních kotlů), protoţe
nevyţaduje velkou úpravu spalovacího zařízení. Spodní hořáky spalují obohacené palivo,
zatímco se do horních hořáků přivádí přebytek vzduchu.
hořáky mimo provoz: protoţe hořáky mimo provoz (nezapálené) nevyţadují velké
změny spalovacího zařízení, pouţívá se tohoto opatření často jako modernizačního
opatření u stávajících vertikálních kotlů. V tomto případě se spodní hořáky provozují za
podmínek obohaceného paliva, zatímco se horní hořáky nevyuţívají, pouze se jimi vhání
vzduch.
107
Účinek takového opatření je podobný přehřátému vzduchu, ale sníţení emisí NOx pomocí
tohoto typu hořáků není tak účinné. Při udrţování přísunu paliva mohou vzniknout
problémy, protoţe se do topeniště s menším počtem provozních hořáků musí dodat stejné
mnoţství tepelné energie. Proto se toto opatření obvykle omezuje na spalovací procesy
při vytápění plynem nebo olejem.
přehřátý vzduch: u provozu s přehřátým vzduchem se do stávajících hořáků zabudují
navíc vzduchové kanály (větrovody). Část spalovacího vzduchu se přivádí těmito
samostatnými kanály, které jsou umístěny nad nejvyšší řadou hořáků. Hořáky se potom
mohou provozovat s nízkým přebytkem vzduchu, coţ zamezuje tvorbě NOx a přehřátý
vzduch zajišťuje úplné dospálení. Obvykle se 15 – 30 % celkového spalovacího vzduchu,
který by běţně prošel hořáky, odklání do průchodů přehřátého vzduchu. Dovybavení
stávajícího kotle o mechanismus pro přehřátý vzduch znamená úpravu stěn s vodním
potrubím, aby se vytvořily průchody pro trysky se sekundárním vzduchem a zabudovalo
se přídavné potrubní vedení, regulátory tahu a větrovod.
Postupné zavádění vzduchu do topeniště nezvyšuje spotřebu energie spalovacího zařízení a
nemá při náleţitém provedení ţádné nepříznivé účinky.
U postupně zaváděného vzduchu, jakoţto techniky k odstraňování NOx existují dvě hlavní
nevýhody. První je obvykle značné mnoţství CO, které se můţe tvořit tehdy, jsou-li
vzduchové trysky na nesprávném místě. Dalším vlivem je mnoţství nespáleného uhlíku, které
se můţe v případě montáţní úpravy zvyšovat následkem objemu mezi koncem spalovací zóny
a prvním výměníkem tepla.
To je poměrně levný způsob sníţení emisí oxidů dusíku. Velmi často se vyuţívá s dalším
primárním opatřením jako jsou hořáky o nízkých NOx (nízkoemisní hořáky), tudíţ je docela
těţké odhadnout efektivní náklady na samotnou sloţku odstupňování vzduchu. Hrubým
odhadem je, ţe náklady na přehřátý vzduch k dospalování jsou většinou 1 mil. EUR pro kotel
s tepelným výkonem 250 MW a cena/t sníţeného NOx je asi 300 – 1000 EUR /32, Rentz a
kol., 1999/.
3.4.1.3 Recirkulace spalin
Recirkulace spalin znamená sníţení kyslíku, který je k dispozici ve spalovací zóně a tudíţ
při poklesu teploty plamene dojde k jeho přímému ochlazení; proto se omezí jak přeměna
dusíku vázaného v palivu, tak tvorba tepelných NOx. Recirkulace spalin do spalovacího
vzduchu se odzkoušela jako úspěšná metoda pro potlačení NOx ve vysokoteplotních
spalovacích systémech, jako jsou výtavné kotle a zařízení na olej nebo plyn. Obr. 3.20
ukazuje tuto techniku schematicky.
108
Obr. 3.20: Recirkulace spalin / 34, Verbund, 1996/
Jak lze vidět z předchozího obrázku, část spalin ( 20 – 30 % o teplotě okolo 350 – 400 °C) se
z hlavního proudu spalin odtahuje přes následný ohřívák vzduchu obvykle poté, co se odloučí
jakékoliv pevné částice a potom se vrací do kotle. Recirkulované spaliny se mohou mísit se
spalovacím vzduchem v hořáku nebo s postupně dávkovaným vzduchem.Vyţaduje to
speciálně projektované hořáky, které se v provozu pouţívají pro recirkulované spaliny.
Nadměrné mnoţství recirkulovaných spalin můţe vést k určitému omezení provozu např. k
problémům s korozí, spaluje-li se palivo obsahující síru, ke ztrátám účinnosti následkem
zvýšení teploty v komíně a ke zvýšené spotřebě energie pro ventilátory. Proto se
provozovatelé obvykle zaměřují na to, aby sníţili mnoţství recirkulovaných spalin ( přibliţně
na 30 %) a kompenzovali vyšší emise NOx pouţitím moderních nízkoemisních hořáků.
3.4.1.4 Omezený ohřev vzduchu
Teplota předehřátého spalovacího vzduchu má hlavní dopad na tvorbu NOx hlavně u
systémů spalujících plyn a olej. U těchto paliv určuje hlavní část NOx mechanismus
tepelného NO, který závisí na teplotě spalování. Vyšší teplota ohřátého vzduchu má za
následek vyšší teplotu plamene a špičkové teploty v primární zóně spalování. Proto tedy
dochází k vyšší tvorbě tepelných NOx. Sníţení teploty předehřátého vzduchu znamená niţší
teploty plamene (maximální teploty) ve spalovací zóně. .
Existují dvě hlavní nevýhody této technologie. První, o které je třeba se zmínit je, ţe
v některých kotlích např. při spalování uhlí jsou zapotřebí vysoké spalovací teploty a tudíţ
jsou pro náleţité fungování spalovacího zařízení zásadní vysoké teploty předehřátého
vzduchu. Druhou nevýhodou je, ţe sníţení teploty předehřívaného vzduchu znamená vyšší
spotřebu paliva, a tedy se nemůţe vyuţít vyššího podílu tepelné energie obsaţeného ve
spalinách a odchází ze zařízení komínem. To se můţe vyrovnávat vyuţíváním určitých metod
úspory energie jako je zvýšení velikosti ekonomizéru (ohříváku napájecí vody).
3.4.1.5 Odstupňování ( postupné dávkování) paliva
Postupné dávkování paliva, označované také jako opětné spalování (dospalování) je zaloţeno
na tvorbě různých zón v topeništi při postupném přivádění paliva a vzduchu. Účelem je
redukovat oxidy dusíku, které se jiţ vytvořily zpět na dusík. Jak lze vidět na obr. 3.21, můţe
se spalování rozdělit do tří úseků.
109
Obr. 3.21: Tři zóny spalování a odpovídající parametry procesu dospalování
/ 32, Rentz a kol., 1999/; /33, Ciemat, 2000/
Spalování lze rozdělit do třech zón:
v primárního zóně spalování ( můţe být vybavena primárním opatřením) shoří 80 – 85 %
paliva v oxidační nebo slabě redukční atmosféře. Tato zóna primárního výpalu je nutná,
aby se předešlo přenosu přebytku kyslíku do dospalovací zóny, coţ by jinak mohlo
podpořit moţnou tvorbu NOx
v sekundární spalovací zóně ( často nazývané dospalovací zóna) se do redukční atmosféry
vstřikuje sekundární palivo, nebo palivo pro dospalování. Tvoří se uhlovodíkové radikály,
které reagují s oxidy dusíku, které se jiţ vytvořily v zóně primárního spalování; dále
dochází k tvorbě ostatních rovněţ neţádoucích těkavých sloučenin dusíku, jako je čpavek.
ve třetí zóně se spalování konečně završí přídavkem finálního vzduchu do dospalovací
zóny.
110
K dospalování mohou slouţit různá paliva ( práškové uhlí, topný olej, zemní plyn atd.), ale
obvykle se pouţívá zemního plynu kvůli jeho přirozeným vlastnostem. Obr. 3.22 ukazuje
výhodu zemního plynu před uhlím nebo olejem. Pouţije-li se uhlí nebo oleje, je dusík
přítomen v určitém mnoţství v tomto dospalovacím palivu, coţ nevyhnutelně vede k tvorbě
NOx i v dospalovací zóně. Této nevýhodě se předchází pouţitím zemního plynu.
Obr. 3.22: Porovnání mezi palivy pro dospalování jako je uhlí, topný olej a zemní plyn
/ 32, Rentz a kol., 1999/
Míra účinnosti dospalování závisí na několika parametrech, mezi nimiţ jsou :
teplota: k získání nízkých hodnot NOx by měla být teplota v dospalovací zóně co
nejvyšší (1200°C). Obr. 3.23 uvádí podíl denitrifikace jako funkci intenzity dospalování o
různých teplotách
doba prodlevy: delší doba prodlevy v zóně dospalování napomáhá sníţení NOx; vhodná
doba je mezi 0,4 - 1,5 sek.
míra provzdušnění v zóně dospalování: měla by se zachovat stechiometrie λ= 0,7 – 0,9
druh paliva
kvalita směsi přídavného paliva a spalin, které se vytvořily v zóně primárního spalování
přebytek vzduchu v primární zóně spalování: stechiometrie je přibliţně λ = 1,1
111
Obr. 3.23: Stupeň denitrifikace jako funkce intenzity dospálení / 32, Rentz a kol., 1999/
V zásadě se dospalovací technika můţe zavést u všech typů kotlů spalujících fosilní paliva i
v kombinaci se spalovacími technikami s nízkými NOx (u primárního paliva). Tato technika
pro potlačení emisí, která je velmi atraktivní u nových kotlů, potřebuje, pokud je nutno
předejít velkému mnoţství nespáleného uhlíku, velkoobjemové komory. Proto se ukazuje, ţe
metoda dospalování je pro stavy rekonstrukce méně vhodná vzhledem k nárokům na prostor,
který u stávajících zařízení je. Dospalování se postavilo u velkých elektráren v USA,
Japonsku, Nizozemí, Německu, Itálii a Spojeném království. V Itálii se dospalování (s olejem
jako redukčním činidlem) úspěšně zavedlo u mnoha velkých jednotek spalujících olej.
Jak se jiţ uvádělo, spočívají hlavní problémy v neúplném spálení. Toto opatření se nejlépe
hodí na kotle, které mají dost dlouhou dobu prodlevy a kde je k dispozici vhodné palivo pro
dospalování v přijatelné ceně. Prokázalo se, ţe nejlepším palivem pro dospalování je zemní
plyn, protoţe se většinou snadno zapaluje a neobsahuje sám o sobě ţádné pevné částice ani
síru.
Náklady na dospalování závisejí na konstrukci kotle a pouţitém palivu. Vyuţití pomocného
paliva, jako je zemní plyn také vyvolává náklady, ale na druhou stranu vnáší do procesu teplo
a proto jej lze povaţovat za pouţitelné palivo. Tak lze provést výpočet celkového hospodaření
elektrárny včetně moţných změn, např. v účinnosti kotle.
Zkušenost ukázala, ţe dospalování není zase tak efektivní, pokud jde o náklady, jako
nízkoemisní hořáky (hořáky o nízkých NOx) s přehřátým vzduchem pro dospálení, ale je
stále přiměřeným opatřením ke sniţování emisí NOx. Jeden odhad udává náklady na
dospalování okolo 2,5 mil. EUR pro kotel s tepelným výkonem 250 MW. Také se provedly
propočty, které ukazují, ţe provozní náklady u zařízení s dospalováním jsou 2x vyšší neţ
náklady na nízkoemisní hořáky s přehřátým vzduchem.
3.4.1.6 Nízkoemisní hořák
Hořáky o nízkých emisích oxidů dusíku dosáhly vývojem značné vyspělosti; další
zdokonalování je však nepřetrţitým procesem a značné mnoţství výzkumné práce se ještě
bude věnovat dalšímu vylepšování stávajících systémů těchto nízkoemisních hořáků. Protoţe
se projekty těchto hořáků od podniku k podniku značně liší v podrobnostech, uvádí se zde
pouze obecný princip.
112
V klasických spalovacích zařízeních se palivo a vzduch resp. směs s kyslíkem vstřikuje
zároveň ze stejného místa. Výsledný plamen se potom skládá z horké oxidační primární zóny
v místech kořene plamene a chladnější sekundární zóny v místech na konci plamene.
V primární zóně se tvoří většina NO, jehoţ obsah roste exponenciálně s teplotou, kdeţto
příspěvek sekundární zóny je spíše skromný.
Nízkoemisní hořáky modifikují prostředky vstupujícího vzduchu a paliva, aby pozdrţely
směšování, sníţily přístup kyslíku a sníţily maximální teplotu plamene. Nízkoemisní hořáky
zpozdí přechod dusíku vázaného v palivu na NOx a tvorbu tepelných oxidů dusíku, přičemţ
se udrţuje vysoká účinnost spalování. Tlaková ztráta ve vedení vzduchu se zvyšuje, coţ
působí vyšší výdaje na provoz. Obvykle se musí zlepšit například mletí uhlí na prach a to
můţe vést k vyšším nákladům na provoz a údrţbu. Rovněţ se mohou vyskytnout problémy
s korozí, zejména pokud se proces náleţitě nereguluje.
Technika spalování s nízkými NOx vyţaduje přinejmenším, aby se vyměnily hořáky a
zařízení k přehřívání vzduchu. Pokud jsou stávající hořáky hořáky klasickými, potom se jejich
výměna můţe provést většinou vţdy velmi efektivně. Pokud jsou to nízkoemisní hořáky
starého typu (zpomalující spalování), lze posoudit jejich modernizaci na rychloinjektáţní
nízkoemisní hořáky pouze případ od případu.
Náklady na nízkoemisní hořáky s přehřátým vzduchem pro kotle na pevné palivo o tepelném
výkonu 250 MW činí asi 1,7 milionů EUR. U kotlů na uhlí se cena při sníţení NOx pohybuje
okolo 500 EUR/t odstraněných NOx.
Podle různých principů ke sniţování tvorby NOx se nízkoemisní hořáky vyvíjely jako hořáky
s odstupňovaným vzduchem, recirkulací spalin a postupným nástřikem paliva.
3.4.1.6.1 Nízkoemisní hořák s odstupňovaným vzduchem
Při metodě postupného přidávání vzduchu se primární vzduch mísí s celkovým mnoţstvím
paliva, čím se tvoří plamen obohaceného paliva, který je poměrně chladný a má nedostatek
kyslíku; tedy podmínky, za kterých se blokuje tvorba NOx. Směs paliva se vzduchem a
sekundární vzduch tvoří podstechiometrickou spalovací zónu (původní, základní plamen) tak,
jak znázorňuje obrázek 3.24.
Následkem víru sekundárního vzduchu a konického otevření hořáku se vytvoří zóna vnitřní
recirkulace, která rychle palivo vyhřeje. Vír sekundárního vzduchu je potřebný pro stabilitu
plamene. Těkavé sloučeniny se v základním plameni uvolňují společně s hlavní částí
dusíkatých sloučenin. Vlivem oxidační atmosféry a vysoké koncentrace CO se oxidace
sloučenin dusíku na NO omezí. Sekundární vzduch vytvoří zároveň dospalovací zónu, ve
které se pomalu spálí nevyhořelé palivo při poměrně nízkých teplotách. Nízká koncentrace
kyslíku se v této etapě postará o regulaci NOx.
113
Obr. 3.24: Porovnání mezi konvenčními hořáky s odstupňovaným vzduchem a moderními
nízkoemisními hořáky s odstupňovaným vzduchem /136, Fortum, 2002/.
3.4.1.6.2 Nízkoemisní hořák s recirkulací spalin
U pevných a kapalných paliv s obsahem dusíku mezi 0,3 a 0,6 % hm. převaţuje palivový NO
nad tepelným NO (obvykle 75 % palivového NO). Proto vedle sníţení teploty plamene
ovlivňující tepelný NO se také musí sníţit obsah kyslíku, aniţ by vznikalo více nespáleného
uhlíku. Řešením byla technika oddělených plamenů s vnitřní recirkulací spalin. Injektáţí
podílu spalin do spalovací zóny nebo přivedením spalovacího vzduchu se sníţily jak teploty
plamene, tak koncentrace kyslíku, coţ umoţňuje sníţení tvorby NOx.
Základní funkce se podobá nízkoemisnímu hořáku s postupným přívodem vzduchu, ale
vzdálenosti mezi primární a sekundární tryskou jsou větší, protoţe se vytvoří vrstva spalin.
Uvnitř v těchto hořácích recirkuluje 15 – 25 % horkých spalin současně se spalovacím
vzduchem k dospalování. Spaliny se chovají jako ředidlo, sniţují teplotu plamene a parciální
tlak kyslíku, tedy omezují tvorbu NOx. Vnitřní recirkulace se obvykle provozuje při spalování
kapalného paliva a u poslední generace nízkoemisních hořáků se kombinuje plyn a olej.
114
Obr. 3.25: Nízkoemisní hořák na plyn/olej s recirkulací spalin /32, Rentz a kol., 1999/
3.4.1.6.3 Nízkoemisní hořák s dávkováním paliva
Hořák s postupným přiváděním paliva se zaměřuje na sníţení jiţ vytvořených NOx
přídavkem části paliva do sekundární etapy. Nízkoemisní hořák s přiváděným palivem se
pouţívá v zařízeních na plyn.
Obr. 3.26: Postupné přivádění paliva do hořáku / 32, Rentz a kol., 1999/
115
Tato technika začíná spálením podílu paliva s vysokým přebytkem vzduchu, coţ umoţňuje
poměrně nízké teploty plamene, které blokují tvorbu oxidů dusíku. Zóna vnitřní recirkulace a
téměř stechiometrické spalování zajišťují stabilitu plamene. Kdyţ spalování směřuje v
primární zóně ke konci, injektuje se přídavné palivo (optimální poměr leţí mezi 20 – 30 %)
opodál za primární plamen, aby se vytvořil sekundární plamen, který je výrazně pod-
stechiometrický. Vytvoří se atmosféra, ve které se jiţ vytvořené NOx mohou redukovat na N2
působením radikálů NH3, HCN, a CO. Ve třetím stupni se vytvoří dospalovací zóna. Plamen
tohoto typu hořáku je asi o 50 % delší neţ u standardního plynového hořáku.
3.4.1.6.4 Nová generace nízkoemisních hořáků
Nejnovější projekty nízkoemisních hořáků (nazývané hybridní nízkoemisní hořáky ) vyuţívají
kombinaci postupného přidávání vzduchu a recirkulace spalin zároveň s novými technikami,
aby se dosáhlo ultra nízkých emisí NOx. Nevýhodou první generace nízkoemisních hořáků
je potřeba dostatečně prostorné komory, aby se umoţnilo rozdělení plamene
Průměr plamenů u nízkoemisních hořáků je asi o 30 – 50 % větší, neţ u klasických plamenů.
Ke zmenšení této omezující podmínky, stejně jako ke sníţení emisí NOx, byl vyvinut nový
typ hořáku, který kombinuje rozdělení plamenů a dávkování vzduchu.
Toto odstupňování vzduchu se uskutečňuje injektáţí 30 – 40 % spalovacího vzduchu tryskami
přímo do kaţdého základního plamene. Počítá se s rozvířením, aby se zamezilo „ztrátě“
spalovacího vzduchu, který předtím prošel mezerou mezi plameny, ale nasměruje se nyní
tam, kde je ho třeba. To přispívá ke zlepšení redukce NOx bez jakéhokoliv nespáleného
uhlíku. Navíc mají trysky sekundárního vzduchu větší průnik, coţ „uzavírá“ kaţdý plamen
v ose hořáku za sníţení průměru plamene na velikost podobnou průměru klasického a
kompaktního plamene. Proto se můţe tento typ nízkoemisního hořáku vestavět do stávajících
zařízení.
V mnoha odvětvích jsou jiţ nejmodernější nízkoemisní hořáky, přestoţe jsou informace o
jejich zabudování a provozních zkušenostech velmi skromné a tudíţ lze v současné době
uvést pouze informace všeobecné. Kromě toho u nových zařízení se mohou povaţovat
dodatečné investice na nízkoemisní hořák ve srovnání s klasickým hořákem za zanedbatelné.
Při modernizaci se musí uvaţovat o moţných úpravách zařízení, která jsou velmi často pro
závod specifická a tedy se nedají kvantitativně zevšeobecnit. Dodatečné náklady na provoz
nízkoemisních hořáků vyplývají do velké míry z potřeby přídavné energie, která je nutná pro:
větší ventilátory vzduchu, čili dojde u hořáků k větší tlakové ztrátě
zajištění jemnějšího mletí uhlí na prach, aby se dosáhlo účinného spalování v podmínkách
omezeného vzduchu, které nastanou v hořácích
V současné době jsou pro velkorozměrové plynové turbiny spalující zemní plyn
nejmodernější nízkoemisní spalovací zařízení tzv. DLN (dry low NOx) / 32, Rentz a kol.,
1999/. Podrobněji se popisují v kapitole 7.
116
3.4.1.7 Obecné provedení primárních opatření ke sníţení emisí NOx
Tab. 3.11: Obecné provedení primárních opatření ke sníţení emisí NOx /33 Ciemat, 2000/
po
zná
mk
y
Om
ezen
í N
Ox
zn
ačn
ě zá
vis
í na
vý
ši e
mis
í u
ner
egu
lov
anéh
o z
ávo
du
Mů
ţe b
ýt
nu
tné
izo
lov
at t
op
eniš
tě,
mlý
ny
a o
hří
vák
y
vzd
uch
u,
a u
mo
ţnit
vy
uţi
tí s
pal
ov
ání
s n
ízk
ým
pře
by
tkem
vzd
uch
u
Mů
ţe d
ojí
t k p
rob
lém
ům
s u
drţ
ov
áním
pří
sun
u p
aliv
a,
pro
toţe
nu
tno
do
dat
ste
jné
mn
oţs
tví
tep
elné
ener
gie
do
top
eniš
tě s
men
ším
po
čtem
pro
vo
zníc
h h
ořá
ků
Rek
on
stru
kce
n
a p
řehřá
tý
vzd
uch
u
st
ávaj
ícíh
o
ko
tle
znam
ená
úp
rav
u
vod
níh
o
po
tru
bí
stěn
p
ro
vy
tvo
řen
í
prů
cho
dů
pro
sek
und
árn
í v
zdu
ch
Po
uţi
tím
pře
hřá
tého
v
zdu
chu
u
to
pen
iště
v
ytá
pěn
ého
od
stěn
lze
red
uk
ci N
Ox
zv
ýši
t z
10
na
40
%
Rek
on
stru
kce
stá
vaj
ícíh
o k
otl
e s
reci
rku
lací
sp
alin
pře
dst
avu
je u
rčit
é p
otí
ţe v
ětši
no
u k
vů
li z
trát
ám ú
čin
no
sti
jak
ko
tle,
tak
ho
řák
ů,
vy
jma
při
rec
irk
ula
ci v
elm
i m
alý
ch
mn
oţs
tví
spal
in
Op
atře
ní
ke
sníţ
ení
NO
x
lze
po
uţí
t p
ři
rek
on
stru
kci
spo
jen
ou
s o
dst
up
ňo
ván
ím v
zdu
chu
Pro
re
cirk
ula
ci
spal
in
je
třeb
a p
říd
avn
é en
erg
ie
pro
ven
tilá
tory
k r
ecir
ku
laci
Do
saţi
teln
é sn
íţen
í em
isí
záv
isí
hla
vn
ě n
a p
očá
tečn
í te
plo
tě
pře
hřá
téh
o v
zdu
chu
a t
eplo
tě,
kte
ré s
e d
osá
hn
e p
o z
aved
ení
toh
oto
op
atře
ní
Po
znám
ky
: pokud
se r
ůzn
á pri
már
ní
op
atře
ní
ke
sníţ
ení
NO
x k
om
bin
ují
, p
od
íl s
níţ
ení
se o
bv
yk
le n
emů
ţe a
ni
při
číta
t, a
ni
nás
ob
it.
Pod
íl s
níţ
ení
při
kom
bin
ov
ání
opat
ření
je z
ávis
lý n
a řa
dě
mís
tně
spec
ific
ký
ch f
akto
rů a
po
třeb
, k
terá
se
up
latň
ují
od
záv
odu
k z
ávo
du
.
Ne
kaţ
dé
pri
már
ní
opat
řen
í lz
e ap
lik
ov
at n
a v
šech
ny
stá
vaj
ící
ko
tle,
záv
isí
na
zp
ůso
bu
sp
alo
ván
í a
na
pal
ivu
Nové
závody s
e ji
ţ v
ybav
ují
pri
már
ním
op
atře
ním
ve
svém
zák
lad
ním
pro
jek
tu
om
ezen
í
po
uţi
teln
ost
i
ned
ok
on
alé
spál
ení
ned
ok
on
alé
spál
ení
( a
ted
y
vy
sok
é h
od
no
ty
CO
a
nes
pál
enéh
o
uh
lík
u)
, p
latí
u
„ho
řák
ů m
imo
pro
vo
z,
šik
mý
ch h
ořá
ků
a p
řehřá
tého
vzd
uch
u“
nes
tab
ilit
a
pla
men
e
ob
ecn
á
po
uţi
teln
ost
vše
chn
a p
aliv
a
Při
rek
on
str.
se
om
ezu
je p
ou
ze n
a
zaří
zen
í n
a o
lej
a
ply
n
Vše
chn
a p
aliv
a
jen
při
rek
on
str.
vše
chn
a p
aliv
a
vše
chn
a p
aliv
a
Nev
ho
dn
é pro
vý
tav
né
ko
tle
spal
ují
cí u
hlí
ob
vy
klý
pod
íl
sníţ
ení
NO
x
10 –
44
%
10 –
70
%
20-5
0%
- u
ko
tlů n
a u
hlí
<
20 %
a 3
0–
50
% u
zař
ízen
í n
a
ply
n
v k
om
bin
aci
s
pře
hřá
tým
vzd
uch
em
20 –
30
%
pri
márn
í op
atř
ení
níz
ký p
řeb
yte
k
vzd
uch
u h
ořá
k m
imo
pro
voz
spa
lován
í
s d
iagon
áln
ími
ho
řák
y
Pře
hřá
tý
vzd
uch
reci
rku
lace
sp
ali
n
om
ezen
ý o
hře
v
vzd
uch
u
odstupňování vzduchu v
topeništi
117
Tab. 3.12: Obecné provedení primárních opatření ke sníţení emisí NOx /33, Ciemat, 2000/
po
zná
mk
y
Do
spal
ov
ání
nab
ízí
urč
ité
výh
od
y,
jak
o j
e k
om
pat
ibil
ita
s o
stat
ním
i
typ
y p
rim
árn
ích
op
atře
ní
ke
sniţ
ov
ání
NO
x,
jed
no
du
ché
tech
nic
ké
zaří
zen
í v
yu
ţív
á st
and
ard
ní
pal
ivo
jak
o r
edu
kčn
ího
čin
idla
a v
elm
i
mal
é m
noţs
tví
pří
dav
né
ener
gie
.Dal
ší
spo
třeb
a en
erg
ie
při
do
spal
ov
ání
uh
lím
n
ad
uh
lím
m
ůţe
b
ýt
vy
šší
neţ
p
ři
po
uţi
tí
zem
níh
o p
lyn
u j
ako
d
osp
alo
vac
ího
pal
iva.
Sp
alo
ván
í za
pri
már
ní
zóno
u
tvo
ří t
aké
NO
x
Uţi
tím
ze
mn
ího
ply
nu
ja
ko
d
osp
alu
jící
ho
p
aliv
a se
ta
ké
sníţ
ily
tuh
é čá
stic
e, S
O2 a
CO
2
pří
mo
úm
ěrn
ě k
mn
oţs
tví
nah
raze
néh
o
uh
lí.
Níz
ko
emis
ní
ho
řák
y
N
Ox
lz
e u
ţív
at
ve
spo
jen
í s
ost
atn
ími
pri
már
ním
i o
pat
řen
ími,
jak
o j
e p
řeh
řátý
vzd
uch
a d
osp
alo
ván
í p
ři
reci
rku
laci
sp
alin
Níz
ko
emis
ní
ho
řák
y
s p
řehřá
tým
vzd
uch
em m
oh
ou
do
sáh
no
ut
35
-
70
% s
níţ
ení
NO
x /
33
, C
iem
at,
20
00
/
Nev
ýh
od
ou
p
rvn
í g
ener
ace
níz
ko
emis
níc
h
ho
řák
ů
je
p
otř
eba
pro
sto
ru p
ro r
ozd
ělen
í p
lam
ene;
prů
měr
níz
ko
-em
isn
ího
pla
men
e je
asi
o 3
0-5
0 %
vět
ší n
eţ u
kon
ven
čníh
o p
lam
ene
V p
řípad
ě kom
bin
ace
různ
ých
pri
már
níc
h o
pat
řen
í k
e sn
íţen
í em
isí
NO
x s
e p
od
íl s
níţ
ení
ob
ecn
ě n
emů
ţe s
číta
t, a
ni
znás
ob
it.
Po
díl
ko
mb
ino
van
ého
om
ezen
í zá
vis
í na
řadě
mís
tně
spec
ific
ký
ch f
akto
rů a
po
třeb
y s
e b
ud
ou
up
latň
ov
at o
d
jedn
oh
o z
aříz
ení
k d
ruh
ému
.
Na
stáv
ajíc
í kotl
e n
ejde
pou
ţít
vše
ch p
rim
árn
ích
op
atře
ní,
jej
ich
vy
uţi
tí z
ávis
í n
a t
ypu
sp
alo
ván
í a
pal
iva
Nové
závody j
sou j
iţ p
rim
árn
ími
op
atře
ním
i v
yb
aven
y,
jako
ţto
sou
část
í je
jich
zák
lad
níh
o p
roje
ktu
.
om
ezen
í p
ou
ţite
lno
sti
nes
tab
ilit
a p
lam
ene
a
ned
ok
on
alé
spál
ení
nes
tab
ilit
a p
lam
ene
nes
tab
ilit
a p
lam
ene
a
ned
ok
on
alé
spál
ení
ob
ecn
á
po
uţi
tel-
no
st
vše
chn
a
p
aliv
a
vše
chn
a
pal
iva
vše
chn
a
pal
iva
vše
chn
a
pal
iva
ob
vyk
lý p
od
íl
sníţ
ení
NO
x *
50-6
0%
(můţe
se
sníţ
it
70-8
0 %
NO
x
vy
tvoře
néh
o
v p
rim
árn
í
zón
ě
spal
ován
í)
25-3
5 %
aţ 2
0 %
50-6
0 %
pri
márn
í
op
atř
ení
od
stu
pň
ován
í
pa
liva
(dosp
alo
ván
í)
dávk
ovan
ý
vzd
uch
reci
rku
lace
spa
lin
dávk
ovan
é
pa
livo
Nízkoemisní hořáky
118
3.4.2 Sekundární opatření ke sniţování emisí NOx
Sekundární opatření jsou technikami koncového čištění (end-of pipe) ke sniţování oxidů
dusíku, které se jiţ vytvořily. Mohou být zařazeny samostatně nebo v kombinaci s primárním
opatřením, jakým je nízkoemisní hořák atd. Většina technologií ke sníţení emisí NOx ve
spalinách se zakládá na injektáţi čpavku, močoviny nebo dalších sloučenin, které reagují
s NOx ve spalinách a redukují je na molekulární dusík. Sekundární opatření lze rozdělit na:
selektivní katalytickou redukci (SCR)
selektivní nekatalytickou redukci (SNCR)
3.4.2.1 Selektivní katalytická redukce (SCR)
Metoda selektivní katalytické redukce (SCR) je v Evropě a dalších zemích světa, jako je
Japonsko a Spojené státy, rozsáhle uplatňovaným pochodem k redukci oxidů dusíku ve
výstupních plynech z velkých spalovacích zařízení.
SCR pochod je katalytickým procesem zaloţeným na selektivní redukci oxidů dusíku
čpavkem nebo močovinou za přítomnosti katalyzátoru. Redukční činidlo se vstřikuje do
spalin před katalyzátorem. Na povrchu katalyzátoru dochází při teplotě mezi 170 a 510°C
k redukci NOx podle jedné z následujících hlavních reakcí. Katalyzátory pro selektivní
katalytickou reakci na bázi oxidu kovu pro výše uvedené teploty jsou na trhu k dispozici a
vyuţívají se u řady zařízení.
NO reaguje :
1. se čpavkem jako redukčním činidlem:
4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O
6 NO2 + 8 NH3 7 N2 + 12 H2O
2. s močovinou jako redukčním činidlem:
4 NO + 2 (NH2)2CO + 2 H2O + O2 4 N2 + 6 H2O + 2 CO2
6 NO2 + 4 (NH2)2CO + 4 H2O 7 N2 + 12 H2O + 4 CO2
Kdyţ se pouţije k redukci čpavku, skladuje se obvykle jako vodný roztok nebo zkapalněný
při tlaku okolo 1,7 x 106 Pa ( 17 barů) a 20 °C. U některých menších zařízení, tj. 50 MW se
močovina pouţívá ve formě bílých krystalických granulí, které se před nástřikem rozpouštějí
ve vodě.
Počet zařízení vyuţívajících zkapalněného čpavku převyšuje počet zařízení, která pouţívají
jiná činidla, protoţe náklady na kg čpavku jsou niţší, coţ znamená i nízké provozní náklady.
Jeho vlastnosti nicméně ztěţují ve srovnání s poměrně inertním vodným roztokem čpavku
manipulaci. Pouţití čpavku se vyţaduje v pásmu zásobníků pitné vody nebo u říčních zdrojů
a v centrálních částech města (tj. v blízkosti obydlených oblastí) a vyuţívá se také proto, ţe
investice na skladování čpavku včetně bezpečnostních opatření jsou niţší.
119
Aby se mohl pouţít, musí se zkapalněný čpavek odpařit na čpavek plynný. To se uskutečňuje
v odparkách vyhřívaných elektricky, parou nebo horkou vodou. Čpavek se následně zředí
vzduchem ještě předtím, neţ se směs vstřikuje do vypouštěného plynu. Injektáţ se provádí
systémem trysek, aby se dosáhlo homogenního promíchání čpavku se spalinami.
Aby se promísení ještě zdokonalilo, můţe se v průchodu vystupujícího plynu umístit stabilní
směšovací ventil. Aby se získala vysoká účinnost odstranění NOx a minimalizace strhávání
čpavku, je zvláště důleţité dosáhnout vhodného stechiometrického poměru NH3/NOx ve
výstupním plynu.
Nejsilnějším argumentem pro to, aby se u zařízení na uhlí zabránilo shrhávání čpavku (nad 2
ppm) je, ţe se pak popílek nemůţe odprodat do stavebního průmyslu. U maximálně
dosaţitelného strhávání čpavku závisí stupeň odstranění NOx na pouţitém katalyzátoru: při
vysoké hodnotě podílu NH3/NOx se můţe dosáhnout vysoké účinnosti odstranění NOx, ale
zároveň se ve vyčištěném vypouštěném plynu značně zvýší mnoţství nevyuţitého čpavku
(strţený čpavek). Tak zvané strhávání čpavku by mělo být co moţná nejniţší, aby se
zabránilo rizikové reakci NH3 s SO3 ve vypouštěném plynu během jeho ochlazení, coţ by
vedlo k nánosům kyselého síranu amonného na vyhřátých plochách.
Vyuţívané katalyzátory mohou mít, jak ukazuje obr.3.27 rozličnou strukturální podobu, a to
jako medové plástve nebo katalyzátory typu desek. Jako strukturovaný katalyzátor se vyţívají
také pelety (zejména aktivní uhlí).
Obr. 3.27: Katalyzátory typu medových pláství nebo deskové /33, Ciemat, 2000/
Odzkoušely se čtyři různé základní materiály. Pouze se dvěma materiály se získaly
dlouhodobé zkušenosti. Jeden velký spalovací závod se provozoval více neţ 10 let se zeolity,
přesto, ţe se musel rekonstruovat kvůli ztrátám katalytického materiálu. U některých velkých
spalovacích zařízení se také vyuţilo aktivního koksu.
120
Čtyři typy materiálů, které se pouţívají jako katalyzátory pro selektivní katalytickou redukci
jsou:
oxidy těţkých kovů, jejichţ základ tvoří TiO2 společně s aktivními sloţkami vanadu,
wolframu a molybdenu. Ve většině případů se vyuţívá oxid vanadičný (V2O5) s malým
mnoţstvím oxidu wolframového (WO3), který se přidává k rozšíření úzkého rozsahu
teplotního rozmezí a s malým mnoţstvím SiO2, aby se stabilizovala struktura a s malým
mnoţstvím MoO3, aby katalyzátor získal větší odolnost vůči tzv. katalytickým jedům ze
sloţek odpadního plynu. Tento typ katalyzátoru potřebuje teplotní rozmezí 300 aţ 450 °C;
zeolity, coţ jsou krystalické, vysoce porézní přírodní nebo syntetické aluminosilikáty a
vyuţívají se v rozmezí teplot 350 aţ 600 °C;
oxidy ţeleza, jenţ obsahují částice oxidů ţeleza v tenkém krystalickém obalu
fosforečnanů ţeleza
aktivní uhlí, jenţ obsahuje buď práškové černé uhlí nebo hnědé uhlí namíchané
s inertními prvky a zpracované do spečených pelet. Následkem tepelné nestability
aktivního uhlí při vyšších teplotách se vyţadují nízké provozní teploty 100 – 220 °C.
Pokud jde o výsledek, můţe se aktivní uhlí pouţít v elektrárnách pouze v koncové části
systému.
Katalyzátory se vyrábějí v paletě různých průměrů průchodných kanálků. Volba průměru
průchodu se po zjištění obsahu prachu ve výstupním plynu optimalizuje podle charakteristik
prachu a povolené tlakové ztráty při prostupu reaktorem SCR. Zátěţ prachem by se měla
minimalizovat a tlaková ztráta při průchodu katalyzátorem by měla být nízká. Objem
potřebného katalyzátoru závisí na charakteristikách katalyzátoru, jako je jeho aktivita a na
provozních podmínkách, jako je objem spalin, poţadované sníţení NOx, sloţení plynu,
teplota spalin a přítomnost katalyzátorových jedů. Jednotlivé prvky katalyzátoru se potom
sbalí dohromady do formy katalyzátorového modulu, který následně vytvoří v reaktoru
selektivní katalytické redukce vrstvy katalyzátoru tak, jak lze vidět z obr. 3.28.
Obr. 3.28: Uspořádání reaktoru s katalyzátorem, znázornění prvku, modulu a vrstev
/33, Ciemat, 2000/
121
V současné době se ţivotnost katalyzátoru u jednotek spalujících uhlí odhaduje na 6 – 10 let a
u jednotek na olej a plyn na 8 – 12 let. Rychlost výměny katalyzátoru závisí na několika
faktorech, které jsou specifické pro dané místo, jako je typ strojního vybavení, charakteristiky
paliva, kapacita, provoz zařízení, vstupní koncentrace NOx, podíl redukce NOx, poměr
čpavku a močoviny k NOx a povolené úniky čpavku. V současných letech jsou komerčně
dostupné formace katalyzátoru odolnější vůči teplu, mechanickému poškození i otravě
kontaminujícími látkami. K prodlouţení ţivotnosti katalyzátoru se u nových průmyslových
zařízení nyní vyuţívá regenerace, ačkoliv nelze očekávat, ţe bude ve všech případech
úspěšná.
Existují tři základní konfigurace zasazené do reaktoru selektivní katalytické redukce, který je
zabudován do systému čištění spalných plynů, přičemţ hlavním faktorem je, zda podmínky,
jako je teplota spalin, jsou pro pouţití katalyzátoru vhodné. Funkční postavení, ve kterém se
katalyzátoru pouţívá znázorňuje obr. 3.29.
Tři typy uspořádání zohledňují vysoký obsah prachu, nízký obsah prachu a koncový plyn:
uspořádání pro vysoký obsah prachu se zařazuje nejobvykleji a vyhýbá se ohřevu spalin z
důvodu vysoké provozní teploty katalyzátoru (obr. 3.30). Zlepšuje se ţivotnost
katalyzátoru, stejně jako jeho odolnost vůči abrazi. Toto uspořádání má ale dvě nevýhody;
první je, ţe spaliny obsahují popílek a katalytické jedy, které způsobují deaktivaci
katalyzátoru, coţ znamená sníţení účinnosti redukce NOx. K tomu můţe dojít např. u
topenišť s tavnou komorou, se specifickými palivy, nebo kdyţ se provádí spoluspalování.
Druhou nevýhodou je, ţe k dovybavení zařízení o selektivní katalytickou redukci pro
vysokoprašné uspořádání, je potřeba dalšího prostoru v sousedství kotle. Vysokoprašné
uspořádání je u mnoha zařízení nákladově efektivní a zavádí se nejčastěji.
nízkoprašné uspořádání překlene nevýhody vysokoprašného uspořádání; jeho hlavní
výhodou je menší mechanické poškození katalyzátoru, proto se očekává i jeho delší
ţivotnost. Protoţe se však proces provozuje bez dodatečného ohřevu, je nutné zabudovat
odlučovače pro vysokoteplotní prach. Proto se ukázalo, ţe toto uspořádání je pro
rekonstrukci starých elektráren neekonomické. Kromě toho se v ohříváku vzduchu ukládá
kyselý síran amonný.
uspořádání pro koncový plyn je pro stávající zařízení výhodnou variantou z toho důvodu,
ţe katalyzátor je méně vystaven abrazi, korozi a deaktivaci. Také objem katalyzátoru je
menší neţ u vysokoprašného uspořádání, protoţe se můţe pouţít katalyzátor s menší
roztečí. Vstupující spaliny se však musí přihřát přídavnými hořáky, které vyuţívají
k ohřevu spalin na provozní teplotu katalyzátoru hlavně zemní plyn. V případě aktivního
koksového katalyzátoru obvykle postačují od surového plynu aţ po vyčištěný plyn
výměníky tepla.
122
Obr. 3.29: Stávající uspořádání u technologií čištění
123
Obr. 3.30: Příklad katalyzátoru u selektivní katalytické redukce při vysokém obsahu prachu
34, Verbund, 1996/
Jedna moţná nevýhoda selektivní katalytické redukce se týká úniku čpavku. K tomu dochází
následkem neúplné reakce NH3 s NOx, kdyţ spolu se spalinami opouštějí reaktor malá
mnoţství čpavku. Tento jev je známý, jako strhávání čpavku.
Únik čpavku se zvyšuje se vzrůstajícím poměrem NH3/NOx a se sniţováním aktivity
katalyzátoru. Velké strhávání čpavku můţe vést k(e):
tvorbě síranu amonného, který se ukládá na dále zařazeném vybavení, jako je systém
katalyzátoru a ohřívák vzduchu
NH3 v odpadní vodě z odsiřování spalin a v čisté vodě z ohříváku vzduchu
zvýšené koncentraci NH3 v popílku
Hlavní výhody technologie selektivní katalytické redukce jsou následující:
metoda selektivní katalytické redukce se můţe pouţívat při spalování mnoha paliv: např.
zemního plynu a lehkých olejů, stejně jako při spalování procesních plynů a uhlí
konverze NOx nevytváří ţádné vedlejší sloţky znečištění
emise NOx se mohou sníţit o 90 % nebo více
celkové sníţení NOx závisí na selektivní katalytické redukci a primárních opatřeních
ke splnění poţadavků na kvalitu ovzduší se můţe při selektivní katalytické redukci
spotřeba čpavku přizpůsobit tak, aby se sníţil vliv strhávání čpavku a prodlouţila se doba
ţivotnosti
124
Investiční náklady na zařízení SCR jsou značné (obr. 3.31). Cena za tunu redukovaného NOx
se liší podle typů kotlů. Tangenciálně vytápěné kotle mají vyšší náklady na tunu
redukovaných NOx, protoţe mají niţší počáteční hladiny emisí. Náklady na reakční činidla
jsou poněkud niţší neţ u zařízení selektivní nekatalytické redukce.
Obr.3.31: Investiční náklady na proces SCR u spalovacího zařízení /58, Eurelectric, 2001/
Investiční náklady na jednotku selektivní katalytické redukce jsou závislé na objemu
katalyzátoru, který je stanoven podle objemu spalin, úniku čpavku a podílu konverze NOx,
kterého by se mělo dosáhnout.
Při odhadech nákladů, které se prováděly u elektráren, se náklady na katalyzátor pohybovaly
mezi 10 000 aţ 15 000 EUR/m3. Pro objem spalin ve výši 1 mil. m
3 /hod se investiční náklady
na jednotku SCR odhadovaly na 15 milionů EUR (na úpravu surového plynu; včetně projektu,
montáţe a veškerého potřebného vybavení, jako je potrubní vedení, čerpadla, ventilátory, atd.,
ale bez katalyzátoru). Mezi hlavní faktory, které ovlivňují provozní náklady, patří doba
ţivotnosti katalyzátoru, která závisí na charakteristikách paliva, uspořádání selektivní
katalytické redukce (pro spaliny nízkoprašné, vysokoprašné a koncový plyn), poţadavku,
který je kladen na redukční činidlo, spotřebě energie následkem tlakové ztráty a eventuelní
přídavné energii pro přihřátí spalin.
Na základě informací od provozovatelů a cen na trhu v minulých 5 letech (u rakouských a
německých zařízení) se investiční náklady na jednotku SCR odhadovaly za pouţití následující
rovnice.
Investiční náklady pro jednotku SCR, která zpracovává objem spalin x mil. m3 /hod.:
I.N. = (x mil. m3 spalin /1 mil. m
3) )
0,7 x 15 mil. EUR
Jsou zahrnuty náklady na výstavbu, elektronické, monitorovací a regulační zařízení. Náklady
na katalyzátory započteny nejsou, ale odhadují se na 15 mil.EUR /m3 spalin. Náklady se
odhadovaly pouze pro uspořádání se surovým plynem.
125
Hlavními faktory nákladů kromě nákladů investičních a na údrţbu jsou náklady na přemístění
katalyzátoru, na redukční činidlo (vodní roztok čpavku) a na elektrickou energii. Do
investičních nákladů jsou zahrnuty náklady na celý kouřovod (potrubí, box s katalyzátorem,
by-pass, jednotku s hydroxydem amonným, která obsahuje nádrţ, skladovací vybavení,
dávkovací zařízení, systém odpařování a směšování.
V další tabulce je uveden odhad nákladů na jednotku selektivní katalytické redukce (SCR),
která by zpracovávala objem 200 000 m3 spalin/hod., 500 000 m
3 spalin/hod. a 1 mil. m
3
spalin/hod. s koncentrací surového plynu 500 mg/Nm3 (které se dosáhlo pomocí primárních
opatření) a 350 mg/Nm3
(rovněţ za primárních opatření či SNCR). Koncentrace vyčištěného
plynu se v obou případech předpokládala 100 mg/Nm3.
Tabulka 3.13: Odhad nákladů na jednotky SCR za elektrárnami v závislosti na objemu spalin
Parametr jednotka objem spalin (Nm3/hod)
200 000 500 000 1 000 000
koncentrace NOx k redukci mg/Nm3 0,25-0,4 0,25-0,4
provozní hodiny h /rok 5000 5000 5000
sníţené zatíţení t/rok 250-400 625-1000 1250-2000
investiční náklady mil.EUR 4,86 9,23 15,0
roční návratnost1
mil.EUR/rok 0,50 0,95 1,54
provozní náklady ( včetně nákladů na
elektrickou energii, katalyzátory,
redukční činidla, údrţbu a
opotřebování i trhliny)
mil.EUR/rok
0,25-0,29
0,60-0,69
1,17-1,34
roční náklady mil.EUR/rok 0,75-0,79 1,56-1,64 2,72-2,88
měrné roční náklady EUR/t NOx 1968-3016 1638-2488 1442-2175
poznámka: na bázi 15 let s 6 % úrokovou sazbou
Na konci zařízení se spaliny mohou ještě před vypuštěním do komína přihřát. To by mohlo
spotřebovat aţ 2 % elektrického výkonu zařízení. U zařízení, které nepotřebuje ohřev, se
provozní náklady týkají hlavně nákladů na reakční činidlo.
Investiční náklady na rekonstrukci zařízení při 60 aţ 90 % odstranění NOx se pohybují mezi
50 – 100 EUR na kW, přičemţ náklady na větší zařízení odpovídají spíše niţším hodnotám
daného rozmezí a náklady na menší zařízení jsou spíše ty vyšší hodnoty.
Hlavní faktory, které přispívají k celkovým nákladům na rekonstrukci uhelných zařízení se
systémy SCR s cílovou výší emisí 185 mg NOx /Nm3 jsou: velikost jednotky, vstupní
koncentrace NOx a rozličné stavební práce spojené s mírou obtíţnosti rekonstrukce.
Například zvýšení základní vstupní koncentrace NOx ze 615 mg/Nm3 na 1230 mg/Nm
3 zvýší
náklady na SCR asi o 50 %. Kdyţ se velikost jednotky sníţí z 1000 MWel. na 200 MWel.,
mohou počáteční investiční náklady na SCR klesnout aţ o 30 %. Rozsah modernizace
určeného ventilátoru narůstá, změny pracovního potrubního vedení, stavební oceli a základů
mohou činit okolo 20 – 35 % nákladů. Provozní náklady na redukční činidlo jsou pro bezvodý
čpavek asi 75 EUR /tunu NOx nebo pro 40 % roztok močoviny 125 EUR/tunu NOx.
126
Celkové náklady, na redukci NOx u 800 MW elektrárny vyuţívající SCR, tj. investiční i
provozní se pohybují mezi 1500 – 2500 EUR/t redukovaného NOx /167, Rigby a kol., 2001/.
U plynových turbin nebo spalovacích motorů se investiční náklady pohybují mezi 10 a 50
EUR/kW (elektrického výkonu). Tyto náklady jsou mnohem niţší neţ na systém SCR u
zařízení spalující uhlí.
Cena regenerovaných katalyzátorů pro SCR je aţ 50 % ceny katalyzátorů nových. Bez
závaţných dopadů eroze se omezená ţivotnost deaktivovaného katalyzátoru selektivní
katalytické redukce pro vysokoprašné prostředí můţe prodlouţit regenerací, ale oproti
novému katalyzátoru s dopadem na provozní náklady.
3.4.2.2 Selektivní nekatalytická redukce (SNCR)
Metoda selektivní nekatalytické redukce (SNCR) je dalším sekundárním opatřením ke
sniţování jiţ vytvořených oxidů dusíku ve spalinách spalovací jednotky. Provozuje se bez
katalyzátoru při teplotách mezi 850 a 1100 °C. Toto teplotní rozmezí je značně závislé na
pouţitém reakčním činidle ( čpavek, močovina, hydroxid amonný).
Vyuţití čpavku jako reakčního činidla umoţňuje více méně současný průběh následujících
reakcí. Při niţší teplotě jsou obě reakce příliš pomalé, při teplotě vyšší dominuje neţádoucí
vedlejší reakce a emise NOx se zvýší:
Hlavní reakce:
4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O (redukce)
Neţádoucí vedlejší reakce:
4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O (oxidace)
Zařízení pro SNCR se skládá ze dvou provozních jednotek:
jednotky pro skladování reakčního činidla, včetně jeho uskladnění, chlazení a odpařování
vlastní jednotky selektivní nekatalytické redukce, kde se provádí nástřik reakčního činidla
a probíhá redukce oxidů dusíku na dusík a vodu
Teplotní rozmezí je značně důleţité, protoţe nad ním se čpavek oxiduje a tak se tvoří dokonce
více NOx, a pod ním je podíl konverze příliš malý a můţe se tvořit čpavek. Mimo to při
změně zatíţení se potřebné teplotní rozmezí podrobuje výkyvům provozu kotle. Při nastavení
ţádoucího teplotního rozmezí je k nástřiku čpavku zapotřebí několika nástřikových úrovní.
Proces selektivní nekatalytické redukce s nástřikem čpavku v různých úrovních ukazuje obr.
3.32.
127
Obr. 3.32: Proces selektivní nekatalytické redukce /34, Verbund, 1996/
Aby se dosáhlo vysokého podílu redukce NOx a nízkého úniku čpavku, musí dojít
k dostatečnému promísení reakčního činidla se spalinami, které obsahují NOx. Vedle
distribuce a promísení je dalším důleţitým parametrem velikost kapek reakčního činidla.
Malé kapky by se odpařovaly příliš rychle a reagovaly by při příliš vysokých teplotách, které
vyvolávají pokles podílu redukovaných NOx, kdeţto extrémně velké kapky by se odpařily
příliš pomalu a reagovaly by při příliš nízkých teplotách, coţ by znamenalo zvýšený únik
čpavku.
Moţnými nosiči redukčního činidla jsou stlačený vzduch, pára nebo voda. U procesu
selektivní nekatalytické redukce se můţe pouţít primárních opatření, při kterých se stává
přehřátý vzduch nebo recirkulované spaliny nosiči reakčního činidla.
Volba reakčního činidla také ovlivňuje tvorbu oxidu dusného (N2O). Pouţití čpavku a
hydroxidu amonného vyvolává zanedbatelné mnoţství N2O, třebaţe by se mohla naměřit
poměrně vysoká mnoţství, kdyţ by se přímo do kotlů vstřikovala močovina. K překonání
tohoto problému a téměř eliminaci N2O se můţe močovina nastřikovat do dospalovacího
vzduchu. Mimoto vede pouţití močoviny jako reakčního činidla u selektivní nekatalytické
redukce oproti čpavku a hydroxidu amonnému k větším problémům s korozí. Proto by se
měly materiály pečlivě vybírat.
Většina problémů u zařízení SNCR se týká nerovnoměrného rozloţení reakčního činidla
uvnitř spalovací komory. Proto je zapotřebí systém distribuce optimalizovat. K dosaţení
optimálního rozptylu čpavku ve spalinách se vyuţívá speciálního systému.
Reakce oxidů dusíku se čpavkem/močovinou na vodu a dusík značně závisí na teplotě a době
prodlevy v potřebném teplotním rozmezí, stejně jako na poměru čpavku a NOx. Jiţ se
uvádělo, ţe teplotní rozmezí je pro čpavek a hydroxid amonný 850 – 1000 °C při optimální
teplotě 870 °C. Pro srovnání je teplotní rozmezí při pouţití močoviny širší (800 – 1100 °C)
s optimální teplotou 1000 °C.
128
Doba prodlevy uvnitř potřebného teplotního rozmezí je 0,2 – 0,5 sek. Tento časový interval
pro kontakt je dost nestabilní a proto čpavek musí být spíše v nadstechiometrickém poměru k
NOx. Opět je třeba molární poměr NH3 ku NOx optimalizovat. Podíl odstranění NOx
podporuje vyšší podíl čpavku, ale v průběhu doby se jeho únik příliš zvyšuje, coţ vede k
nárůstu znečištění následujících jednotek ( např. výměníků tepla, kouřovodů spalin). Aby se
tyto dva protichůdné vlivy vyrovnaly, byl nalezen optimální poměr NH3 : NOx mezi 1,5 a
2,5.
Strojní vybavení pro proces SNCR je zcela snadné namontovat a nezabírá příliš mnoho
prostoru, dokonce ani tehdy, kdyţ je téměř pokaţdé zapotřebí více neţ jednoho nástřiku.
SNCR sniţuje NOx dost málo, takţe se můţe pouţít samostatně v kotlích, které jiţ mají dost
nízkou hladinu emisí. Můţe být také uţitečná u kotlů vybavených technikou primární
redukce. Není však příliš vhodná pro kotle se střídavým zatíţením nebo s kolísající jakostí
paliva.
Současné náklady na stavbu závisejí na kotli a jeho provozním profilu. Podle určitých odhadů
jsou náklady u kotle 250 MWtep., který spaluje uhlí a provozuje se 4000 hod/rok přibliţně
2500 EUR/t redukovaného NOx.
3.4.2.3 Aspekty bezpečnosti při skladování čpavku
Jak technika SCR, tak SNCR vyuţívají jako redukčních činidel čpavku nebo močoviny.
Močovina se obvykleji vyuţívá ve spalovacích zařízeních pod 50 MWtep., neţ u velkých
zařízení selektivní katalytické a nekatalytické redukce. Ze skladování pevné močoviny
nehrozí ţádné zdravotní nebezpečí.
Čpavek je hořlavý plyn, který se můţe skladovat jako vodný roztok nebo ve stavu zkapalnění
při tlaku asi 1,7 MPa (17 barů) při 20C. Z důvodu vysokého rizika, které plyne z působení
čpavku na lidské zdraví, je třeba přepravu, manipulaci a skladování čpavku provádět velmi
pečlivě, aby se předešlo jakémukoliv úniku. K detekci malých koncentrací čpavku se můţe
okolo skladů čpavku a manipulačního prostoru namontovat systém monitorování. Stlačený
čpavek a čpavková voda spadají pod Směrnici 96/82/ES-Seveso II a harmonizovaná nařízení
států.
Důraz na riziko koroze ocelových nádob vyţaduje pravidelné monitorování neporušenosti
nádrţe a kontrolu kvality dodaného kapalného čpavku s ohledem na stopy vodíku a kyslíku.
129
3.4.2.4 Obecné provedení sekundárních opatření ke sníţení emisí NOx
Tab.3.14: Obecné provedení sekundárních opatření ke sníţení emisí NOx
po
znám
ky
Ún
ik č
pav
ku
se
zvy
šuje
s r
ůst
em p
od
ílu
NH
3/N
Ox
, co
ţ
mů
ţe z
pů
sob
it p
rob
lém
y, n
apř.
při
pří
liš
vy
sok
ém
ob
sahu
NH
3 v
po
píl
ku
; T
ento
pro
blé
m l
ze ř
ešit
za
po
uţi
tí v
ětší
ho
ob
jem
u k
atal
yzá
toru
a/n
ebo
zle
pše
ním
rozp
tylu
N
H3 v
e sp
alin
ách
s N
Ox
Neú
pln
á re
akce
NH
3 s
NO
x m
ůţe
vés
t k
tvo
rbě
síra
nů
amon
ný
ch,
kte
ré
se
uk
lád
ají
na
d
ále
um
ístě
ný
ch
zaří
zen
ích,
tj.
kat
aly
záto
ru
a o
hří
vák
u
vzd
uch
u,
zvyšu
je s
e m
no
ţstv
í N
H3 v
od
pad
ní
vo
dě
z o
dsi
řov
ání
spal
in,
čist
é v
od
ě z
oh
řív
áku
v
zdu
chu
a
zvy
šuje
se
ko
nce
ntr
ace
NH
3
v p
op
ílku
. T
ato
n
eúp
lná
reak
ce
nas
táv
á je
n p
ři v
elm
i n
epra
vd
ěpo
do
bn
ých
h
avar
ijn
ích
pří
pad
ech
cel
ého
sy
stém
u
SC
R
Ţiv
otn
ost
kat
aly
záto
ru
je p
ři s
pal
ov
ání
uh
lí 6
–1
0 l
et,
8–12
let
u
spal
ov
ání
ole
je
a v
íce
neţ
1
0
let
při
spal
ov
ání
ply
nu
Při
per
iod
ick
ém p
rom
ýv
ání
lze
do
cíli
t u
kat
aly
záto
ru
do
by
ţiv
otn
ost
i 4
000
0-
80
000
pro
vo
zníc
h h
od
in
Ačk
oli
v n
ěkte
ří v
ýro
bci
uv
áděj
í ú
čin
no
st r
edu
kce
NO
x
80
%, je
spo
lečn
ým
náz
ore
m,
ţe m
etod
y S
NC
R j
sou
ob
ecn
ě sc
hop
ny
od
stra
nit
30
-50
% N
Ox
jak
oţt
o
prů
měr
při
rů
zný
ch p
od
mín
kác
h p
rov
ozu
. D
alší
sn
íţen
í
NO
x l
ze z
ísk
at u
sp
eciá
lníc
h k
otl
ů,
něk
dy
i u
stáv
ajíc
ích
zař
ízen
í t
am,
kd
e js
ou
dob
ré p
od
mín
ky
,
stej
ně
jako
niţ
ší h
od
no
ty t
am,
kd
e js
ou
po
dm
ínk
y
špat
né
/33
, C
iem
at,
200
0/
SN
CR
se
nem
ůţe
po
uţí
t u p
lyn
ov
ých
tu
rbin
z d
ův
od
u
po
třeb
néh
o t
eplo
tníh
o r
ozm
ezí
a ča
sov
é p
rodle
vy
Neú
pln
á re
akce
NH
3 s
NO
x m
ůţe
vés
t k
tv
orb
ě sí
ran
ů
amon
ný
ch, k
teré
se
uk
lád
ají
na
dál
e u
mís
těn
ých
zaří
zen
ích,
tj. k
atal
yzá
toru
a o
hří
vák
u v
zduch
u,
zvyšu
je s
e m
no
ţstv
í N
H3 v
od
pad
ní
vo
dě
z o
dsi
řov
ání
spal
in, či
sté
vod
ě z
oh
řív
áku
vzd
uch
u a
zv
yšu
je s
e
ko
nce
ntr
ace
NH
3 v
pop
ílku
.
SN
CR
nel
ze p
ou
ţít
u p
lyn
ov
ých
turb
in n
ebo
mo
torů
ost
atn
í p
ara
met
ry p
rov
eden
í
ho
dn
ota
35
0 –
45
0 °
C (
VP
)
17
0 –
30
0 °
C (K
P)
28
0–
510
°C
(p
lyn
ov
é tu
rbin
y)
21
0–
510
°C
(D
iesl
ov
y m
oto
ry)
čpav
ek,
mo
čovin
a
0,8
- 1
,0
< 5
mg
/Nm
3
> 9
8 %
1,0
- 1
,5 %
(k
on
cov
é za
řaze
ní)
0,5
%
pro
vše
chn
y
typ
y
po
uţi
tí
4 –
10
(10
2 )
Pa)
85
0 –
10
50
°C
čpav
ek ,
mo
čov
ina
1,5
- 2
,5
> 9
7 %
< 1
0 m
g/N
m3
0,1
- 0
,3 %
0,2
- 0
,5
sek
.
par
amet
r
pro
vo
zní
tep
lota
red
uk
ční
čin
idlo
po
měr
N
H3/N
Ox
ún
ik N
H3
do
saţi
teln
ost
po
díl
ko
nv
erze
SO
2/
SO
3 s
kat
aly
záto
rem
spo
třeb
a en
erg
ie j
ako
% e
lek
tric
kéh
o
vý
ko
nu
tlak
ov
á zt
ráta
v
kat
aly
záto
ru
pro
vo
zní
tep
lota
red
uk
ční
čin
idlo
po
měr
NH
3/N
Ox
do
saţi
teln
ost
ún
ik č
pav
ku
spo
třeb
a en
erg
ie j
ako
% e
lek
tric
kéh
o
vý
ko
nu
čas
pro
dle
vy
v t
eplo
tním
pás
mu
ob
vyk
lý
pod
íl
red
uk
ce
NO
x
80–95
%
30–
50
%
sek
un
dárn
í
op
atř
ení
sele
kti
vn
í
ka
taly
tick
á
red
uk
ce
(SC
R)
sele
kti
vn
í
nek
ata
lyti
cká
red
uk
ce
(SN
CR
)
130
3.5 Kombinované techniky ke sníţení emisí oxidu siřičitého a oxidů dusíku
Kombinované procesy k odstranění SO2 a NOx byly vyvinuty proto, aby nahradily konvenční
metody odsiřování spalin a selektivní katalytickou redukci. Některé z těchto procesů
kombinovaného odstraňování SO2/NOx se vyuţívají jen u velmi malého počtu jednotek nebo
existují více nebo méně jako demonstrační závody a ještě z komerčních důvodů (s ohledem na
náklady) nepronikly na trh. Kaţdá z těchto technik pouţívá specifické chemické reakce, aby
se odstranily SO2 a NOx zároveň. Vývoj kombinovaných technik si vynutil hlavní problém
konvenční selektivní katalytické redukce (SCR) následované technologií odsiřování spalin,
který souvisí s oxidací SO2 v reaktoru SCR. Obvykle se oxiduje 0,2 – 2 % SO2 na SO3. To
má různý dopad na systém čištění spalin. Například při nízkém obsahu síry v uhlí se můţe
zlepšit účinnost odstranění SO3 na studené straně elektrostatického odlučovače. Ale SO3
obvykle zvyšuje úsady a korozi v ohříváku vzduchu a ve výměníku tepla na bázi plyn-plyn.
Kombinované metody odstraňování SO2 a NOx se mohou v zásadě rozdělit do následujících
kategorií:
adsorpce na pevných částicích / regenerace (desorpce)
katalytický proces - plyn / pevná látka
ozařování elektronovými paprsky
injektáţ alkálií
mokrá metoda
U těchto kategorií jsou některé postupy ještě ve stádiu vývoje, kdeţto jiné techniky jsou jiţ
komerčně dostupné a v provozu v řadě závodů.
3.5.1 Adsorpce na pevných nosičích / regenerace
Tento typ procesu vyuţívá pevný sorbent nebo katalyzátor, který adsorbuje nebo reaguje
s SO2 a NOx ve spalinách. Sorbent nebo katalyzátor se potom regenerují a opět se vyuţívají.
Sirné nebo dusíkaté sloučeniny se ze sorbentu uvolňují v etapě regenerace, která obvykle
vyţaduje vysokou teplotu nebo redukční plyn po dostatečně dlouhou dobu působení. Získané
sloučeniny síry se zpracovávají například v závodě Clausovou metodou za tvorby elementární
síry, jakoţto prodejného vedlejšího produktu. Sloučeniny dusíku se rozkládají na molekulární
dusík N2 a vodu pomocí nástřiku čpavku nebo recyklací do kotle. Další postupy, jako je
pochod s aktivním uhlím, NOXSO, s oxidem měďnatým, oxidem zinečnatým a nerostem
vermikulitem s obsahem MgO se řadí k adsorpci na pevných sorbentech a regeneraci.
3.5.1.1 Metoda s aktivním uhlím
Protoţe aktivní uhlí má skutečně velkou měrnou povrchovou plochu, vyuţívá se hojně při
čištění vzdušiny a jako činidlo při úpravě odpadní vody jiţ od 19. století. Jiţ dlouhou dobu je
známo, ţe aktivní uhlí adsorbuje SO2, kyslík a vodu za tvorby kyseliny sírové. Současné
odstranění SO2 a NOx lze provést přídavkem čpavku.
Spaliny z kotle se nejprve odpráší, projdou výměníkem tepla, kde se teplo získá pro potřebu
regenerace aktivního uhlí a potom se ochladí v předřazené pračce vodou. Plyn prostupuje v
první etapě vrstvou aktivního uhlí (suché porézní dřevěné uhlí) při teplotě 90 – 150 ºC. Oxid
siřičitý reaguje s kyslíkem a vodní parou ve spalinách (pomocí katalytické oxidace) na
kyselinu sírovou, která se absorbuje v aktivním uhlí.
131
Před vstupem do dvoustupňového adsorbéru se injektuje ve směsné komoře do spalin čpavek
(NH3). Oxidy dusíku reagují za katalýzy ve druhé etapě se čpavkem za tvorby plynného
dusíku a vody. Vyčištěné spaliny a uvolněný dusík a vodní pára postupují komínem a
vypouštějí se. V adsorbéru dochází k procesu redukce, kde shora dolů v podobě pohyblivých
vrstev procházejí pelety aktivního uhlí. Plyn proudí vrstvami, nejdříve vstupuje do
nejspodnější části peletového loţe.
Sírou nasycené aktivní uhlí prochází regenerátorem, kde nastává při teplotách okolo 400 aţ
450 ºC tepelná desorpce nepřímým ohřevem teplem odebraným v předchozí etapě spalinám.
Uhelný prach se odstraní a upravené pelety se přivádějí zpět do absorbéru k recyklaci.
Výsledkem regenerace je při desorpci obohacený plyn SO2. Obohacený plyn za pouţití
Clausovy nebo jiné metody přechází na elementární síru nebo kyselinu sírovou, kterou lze
prodávat jako vedlejší produkt. Obr. 3.33 ukazuje technologické schéma metody s aktivním
uhlím.
Obr. 3.33: Metoda s aktivním uhlím /33, Ciemat, 2000/
3.5.1.2 Metoda NOXSO
Od metody NOXSO se očekává, ţe dosáhne 97 % sníţení SO2 a 70 % redukce NOx. Spaliny
se ochlazují odpařením proudu vody přímo nastřikované do kouřovodu. Po ochlazení
procházejí spaliny dvěma paralelními fluidními adsorbéry, kde se pomocí sorbentu odstraní
zároveň SO2 a NOx.
Sorbent obsahuje kuličky oxidu hlinitého o velkém povrchu impregnované uhličitanem
sodným. Vyčištěné spaliny potom odcházejí do komína. Vyčerpaný sorbent se přepravuje do
ohřívače sorbentu, coţ je třístupňové fluidní loţe. Během ohřevu se při 600 ºC uvolňují NOx
a částečně se rozkládají. Horký vzduch obsahující uvolněné NOx se recykluje do kotle, kde
dochází při reakci s volnými radikály v redukční atmosféře spalovací komory ke konverzi
NOx na N2 za uvolnění jak CO2 tak H2O. Síra se rekuperuje ze sorbentu v regenerátoru
s pohyblivým loţem, kde sloučeniny síry v sorbentu ( hlavně síran sodný) reagují za vysoké
teploty se zemním plynem (metanem) a vzniká plyn o vysoké koncentraci SO2 a sirovodík
(H2S). Asi 20 % síranu sodného (Na2SO4) se redukuje na sirník sodný (Na2S), který se musí
následně hydrolyzovat parou v úpravárenské nádobě.
132
Za pohyblivým loţem regenerátoru následuje úprava v parním reaktoru a při reakci páry
s Na2S se získá proud koncentrovaného H2S. Plyny vystupující z regenerátoru a parní úpravy
se zpracovávají v Clausově závodě na výrobu elementární síry a prodejného vedlejšího
produktu. Sorbent se chladí v chladiči sorbentu a potom se recykluje do adsorbéru.
3.5.1.3 Adsorpce na dalších pevných nosičích / metody regenerace
Další procesy, jako je metoda s oxidem měďnatým a oxidem zinečnatým jsou ještě stále ve
stádiu vývoje a proto se o nich dále v této části dokumentu nepojednává.
3.5.2 Katalytické metody plyn / pevná látka
Tento typ pochodů vyuţívá katalytických reakcí jako je oxidace, hydrogenace, nebo selektivní
katalytická redukce. Jako vedlejší produkt se získá elementární síra. Není třeba úpravy
odpadní vody. Do této kategorie se řadí metody WSA-SNOX, DESONOX, SNRB, čištění
spalin podle Parsona (FGC) a Lurgiho cirkofluidní loţe (CFB). Některé postupy se začínají
objevovat v průmyslových provozech.
3.5.2.1 Metoda WSA-SNOX
Tento proces pouţívá postupně dvou katalyzátorů a to k odstranění NOx pomocí selektivní
katalytické redukce a k oxidaci SO2 na SO3, jenţ později kondenzuje jako kyselina sírová,
která se prodává. Ze spalin se můţe odstranit okolo 95 % oxidů síry a dusíku. Při procesu
nevzniká odpadní voda nebo odpadní produkty, ani není třeba ţádných chemikálií, nehledě
na čpavek k redukci NOx. Obrázek 3.34 ukazuje technologické schema metody WSA-SNOX
vybudované u 300 MW elektrárny spalující uhlí v Dánsku.
Obr. 3.34: Metoda WSA-SNOX /33, Ciemat, 2000/
133
Zde se spaliny opouštějící ohřívák vzduchu upravují v odprašovacím zařízení a procházejí
studenou stranou výměníku tepla na principu plyn-plyn, kde se zvyšuje teplota plynu nad
370ºC. Před systémem selektivní katalytické redukce se do plynu potom přidává směs čpavku
a vzduchu, přičemţ se oxidy dusíku redukují na N2 a vodu.
Teplota spalin opouštějících selektivní katalytickou redukci se mírně upraví a potom vstupují
do konvertoru SO2, kde se SO2 oxiduje na oxid sírový SO3. Plyn s obsahem SO3 prochází
horkou stranou výměníku tepla na bázi plyn-plyn, kde se ochladí, jak ohřívá přicházející
spaliny. Upravené spaliny potom vstupují protiproudně do kondenzátoru (kondenzátor-WSA),
kde plynná fáze v borosilikátové skleněné trubici zkondenzuje a následně se uţ chladná
zachytí a skladuje. Ochlazený vzduch opouští kondenzátor WSA při teplotě nad 200 ºC a
pouţívá se ho po zachycení většího mnoţství tepla v ohříváku vzduchu jako spalovacího
vzduchu. Při tomto postupu je moţné rekuperovat tepelnou energii z konverze SO2, hydrolýzy
SO3, kondenzace kyseliny sírové a reakce DENOX. Získaná energie se vyuţije ke zvýšení
výroby páry. Proto je u 300 MW zařízení ( při 1,6 % síry v uhlí) absolutní pokles čisté
účinnosti pouze 0,2 %. Běţně připadá na kaţdé % síry v uhlí 1 % vyrobené páry navíc. Kdyţ
obsahuje uhlí 2 – 3 % síry, povaţuje se výroba páry u metody WSA-SNOX za kompenzaci
spotřebované energie.
3.5.2.2 Metoda DESONOX
Při metodě DESONOX (obr. 3.35) procházejí spaliny nejdříve elektrostatickým odlučovačem,
aby se odstranily pevné částice, potom následuje nástřik čpavku a selektivní katalytická
redukce. Plyny se potom chladí ohřevem spalovacího vzduchu a přihřívají zcela vyčištěné
spaliny ještě předtím, neţ se vypustí do atmosféry. Teplota spalin se tak sníţila přibliţně na
140 °C, coţ umoţňuje katalytickou oxidaci SO2 na SO3 a jeho následnou kondenzaci jako
kyselina sírová ( 70%). Další krok, který se provádí, je recirkulace kyseliny ve věţi. Spaliny
se nakonec vedou demisterem (odlučovačem mlţných kapek) a před vypuštěním se ohřejí.
Obr. 3.35: Metoda DESONOX /33, Ciemat, 2000/
134
3.5.2.3 Metoda SNRB
Při komorovém procesu SOx-NOx-ROx-(Box) (SNRB) se do spalin protiproudně nastřikuje
suchý sorbent, jako je vápno nebo kyselý uhličitan sodný při speciálně projektovaném
uspořádání odlučovače. Tento proces spojuje odstraňování SO2, NOx a pevných částic
v jediné jednotce s vysokoteplotním katalytickým keramickým nebo tkaninovým filtrem.
Postup potřebuje méně prostoru neţ konvenční technologie čištění spalin. Tento proces
dociluje aţ 90 % odstranění SO2 a NOx a přinejmenším 99 % pevných částic, ale nejsou
k dispozici ţádné informace o tom, zda se tohoto pochodu v současné době vyuţívá u velkého
spalovacího zařízení. Proto nelze o obecném provedení procesu SNRB uvést ţádné informace.
3.5.2.4 Vyvíjené katalytické postupy plyn / pevná látka
Mezi další pochody, které jsou v současné době ve stádiu vývoje patří Parsonův proces
čištění spalin a Lurgiho proces fluidního kotle s cirkulující vrstvou. Tyto postupy se uplatnily
pouze v měřítku pilotního zařízení a proto se v této části dokumentu neuvádějí.
3.5.3 Ozařování svazkem elektronů
Při tomto postupu jsou spaliny s čpavkem vystaveny působení toku elektronů o vysoké
energii za vzniku pevných částic (síranu nebo dusičnanu amonného), které se zachycují
v elektrostatickém odlučovači nebo pytlovém (rukávovém) filtru. Spaliny procházejí
sprchovým chladičem a výměníkem tepla, kde se ustavuje definovaná teplota (65 – 90 °C) a
hladina vlhkosti. V elektronovém reaktoru se spaliny vystavují paprskům elektronů o vysoké
energii za přítomnosti téměř stechiometrického mnoţství čpavku, který se přidává
protiproudně do spalin. V zóně ozáření excitují vlivem vysoké energie elektronů sloučeniny
dusíku, kyslíku a vody ze spalin v podobě radikálů a iontů. Ty jsou pak schopny nastartovat
oxidační reakce s SO2 a NOx a tvoří se jednak kyselina sírová a jednak dusičná.
Tyto kyseliny se neutralizují čpavkem. Částice amonných solí se potom odstraňují ze spalin
pomocí zařízení k odlučování tuhých částic. Takto vzniklý vedlejší produkt je prodejný jako
zemědělské hnojivo.
Pochody se liší v podmínkách metody expozice spalin proudu energie a pouţitým regulačním
zařízením při tvorbě a k záchytu pevných částic. Tak je metoda společného odstraňování SO2
a NOx unikátní v tom, ţe jak SO2 tak NOx přecházejí na uţitečné vedlejší produkty, zatímco
v jiných procesech se NOx redukuje na N2 a vodu. Tyto systémy se ale zkoušely pouze
v závodech pilotního měřítka a tak nelze uvést ţádné informace o obecném provedení.
Proto se také o nich dále v této části dokumentu nepojednává.
3.5.4 Injektáţ alkálií
Tento postup vyuţívá přímé injektáţe jednoho nebo více suchých sorbentů, jako je kyselý
uhličitan sodný, do proudu spalin. Určité testy poukázaly na moţnost nástřiku alkálií do
topeniště, kouřovodu nebo rozprašovací sušárny za současného sníţení SO2 a NOx.
Mechanismus, kterým toho lze dosáhnout není úplně objasněn, ale tyto postupy mohou
značně sníţit NOx. Lze dosáhnout aţ 90 % redukce NOx v závislosti na takových faktorech,
jako je poměr SO2/NOx ve spalinách, reakční teplota, zrnění sorbentu a doba prodlevy.
135
Problémem při nástřiku alkálie je, ţe při vyšší koncentraci NO2 můţe dojít k hnědo-
oranţovému zabarvení spalin. Tento proces je ještě ve stádiu prokazování a protoţe nejsou
k dispozici informace o provedení, nebude se o něm v této části dokumentu pojednávat.
3.5.5 Mokrá metoda s aditivy k odstraňování NOx
Tyto postupy jsou obvykle zaloţeny na stávajících technikách mokré vypírky pro
odstraňování SO2 (vápencem nebo vápennou suspenzí) s aditivy, které se vyuţívají k
odstraňování NOx. Jak se ukázalo, můţe se v laboratoři nebo v zařízení pilotního měřítka
dosáhnout s aditivy jako je dvojmocné ţelezo (FeII), etylen-diamin-tetra-octová kyselina
(EDTA) a bílý fosfor různé účinnosti odstranění NOx. V průmyslovém měřítku je v provozu
asi 10 závodů s mokrou metodou společného odsiřování a denitrifikace o kapacitách jednotek
od 10 000 do 200 000 m3/hod. Tyto postupy vyuţívají jako oxidačního činidla ClO2 nebo O3,
které se přidávají do plynu předtím, neţ se podrobí mokré sodné metodě, přičemţ se odstraní
30 – 80 % NOx a více neţ 90 % SO2. Kromě toho se při mokré metodě za pouţití chlornanu
sodného (NaClO) jako aditiva odstraní více neţ 95 % rtuti. Tyto postupy nejsou vhodné k
úpravě velkých objemů plynu kvůli vysokým nákladům na oxidační činidlo a problémům
s likvidací odpadní vody, která obsahuje dusitany a dusičnany. Nejsou k dispozici ţádné
informace o tom, zda se tohoto procesu v současné době vyuţívá u velkého spalovacího
zařízení. Proto nelze uvést o obecném provedení ţádné informace.
136
3.5.6 Obecné provedení kombinovaných technik ke sniţování SO2 a NOx
Tab.3.15: Obecné provedení technik injektáţe různých sorbentů ke sníţení emisí SO2 a NOx
Pozn
ám
ky
Pro
ces
s ak
tivním
uhlí
m m
á zn
ačný
pote
nci
ál p
ro o
dst
raněn
í S
O3 a
subst
ancí
toxic
kých
pro
ovzd
uší
jak
o j
e H
g a
dio
xin
y
Odpad
ní
voda
z pro
vozu
vzn
iká
pouze
v m
além
mnoţs
tví
z pře
dřa
zené
pra
čky
Post
avil
o se
něk
oli
k sy
stém
ů p
rům
ysl
.
měř
ítka
hla
vně
v Ja
ponsk
u
Pro
ces
je s
chopen
čis
tit
spal
iny
z rů
zných
typů p
aliv
a ja
ko j
e uhlí
a o
lej
Pro
ces
NO
XS
O j
e ve
stad
iu u
káz
ky a
plá
nuje
se
jeho t
esto
ván
í u 1
08 M
W
cyklo
nu v
US
A v
pro
gra
mu U
S D
OE
CC
T-3
/ 3
3,C
iem
at, 2000/
Vel
mi
níz
ké
emis
e pev
ných
čás
tic
( pod
5 m
g/m
3
Při
po
uţi
tí m
okré
ho E
SP
k o
dst
raněn
í
aero
solů
H2S
O4 s
e tv
oří
odpad
ní
voda
Teo
reti
cky j
e m
oţn
é, a
by s
e v
yrá
běl
kap
alný S
O2, H
2S
O4 a
ele
men
tárn
í sí
ra,
ale
nyněj
ší p
rovozo
van
á za
říze
ní
pro
dukují
pouze
kyse
linu s
írovou
ost
atn
í p
ara
met
ry p
roved
ení
hod
nota
90 –
150 °
C
akti
vní
uhlí
/čp
avek
98 %
HC
l, H
F, dio
xin
1,2
– 3
,3 %
Ele
m.s
íra
neb
o H
2S
O4
hli
ník
ové
kuli
čky
impre
gnovan
é
uhli
čita
nem
sodným
4 %
čpav
ek
0,2
%
čpav
ek
96-9
8 %
2,0
%
para
met
r
pro
vozn
í te
plo
ta
reak
ční
činid
lo
spole
hli
vost
ost
atní
odst
raněn
é
subst
ance
spotř
eba
ener
gie
ja
ko
% e
lektr
ické
kap
acit
y
ved
lejš
í pro
dukty
reak
ční
činid
lo
spole
hli
vost
spotř
eba
ener
gie
ja
ko
% e
lektr
ické
kap
acit
y
reak
ční
činid
lo
spole
hli
vost
spotř
eba
ener
gie
ja
ko
% e
lektr
ické
kap
acit
y
reak
ční
činid
lo
spole
hli
vost
spotř
eba
ener
gie
ja
ko
% e
lektr
ické
kap
acit
y
ob
vyk
lý p
od
íl
sníţ
ení
SO
2/N
Ox
98%
/ 60
-80 %
97 %
/
70 %
(pře
dpoklá
dá
se)
95%
/ 95 %
95%
/ 95 %
tech
nik
a
met
od
a s
ak
tivn
ím
uh
lím
met
od
a
NO
XS
O
met
od
a
WS
A-
SN
OX
met
od
a
DE
SO
NO
X
137
3.6 Techniky ke sniţování emisí kovů ( těţkých kovů)
Kovy, (obvykle uváděné jako těţké kovy) vázané ve většině fosilních paliv se během
spalování uvolňují a mohou se vypouštět do atmosféry s pevnými částicemi nebo v podobě
par. S ohledem na vyuţívaná fosilní paliva se to nejvíce týká následujících kovů: As, B, Cd,
Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, V a Zn. Některé z těchto kovových prvků jsou velmi toxické,
zejména jsou-li přítomny ve větším mnoţství.
Kovy se rozdělují do několika výstupních toků, hlavně do zbytků ze spalování, jako jsou
popílky, ale také do spalin, které vstupují do dále zařazeného zařízení k redukci znečištění
(obr. 3.36 ). Protoţe se při výrobě elektrické energie spotřebovává velké mnoţství paliva,
můţe docházet k vypouštění velkého mnoţství potenciálně nebezpečných kovů do atmosféry.
Většina kovových prvků je spojena s pevnými částicemi. Těkavé prvky kondenzují z důvodu
větší povrchové plochy především na povrchu menších částic v proudu spalin. Rtuť je vysoce
toxický kov, který se nezachytí při průchodu spalin v odlučovacím zařízení a který se
vyskytuje v určitých odpadních frakcích, které se spalují v elektrárně společně, ale také v uhlí
o nízké jakosti. Hg emituje do značné míry jako plyn (viz obr. 3.35)
Příslušnou metodou pro získání údajů o hodnotách emisí a o chování těţkých kovů během
spalování a čištění spalin je hmotnostní bilance u celého dotyčného spalovacího zařízení (obr.
3.36). U různých typů velkokapacitních elektráren spalujících černé i hnědé uhlí se provedly
průzkumy hmotnostní bilance těţkých kovů / 127, Clarke a Sloss, 1992/; / 129, Maier a kol.,
1992/; /130, Rentz a kol., 1996/ ; / 131, Rentz a Martel, 1998/.
Obr. 3.36: Hmotnostní bilance těţkých kovů, fluoridů a chloridů ve spalovacích zařízeních
na uhlí
138
Protoţe těkavé kovové prvky obohatily jemně zrnité pevné částice unášené dále ze spalovací
komory, jsou emise těchto částic spíše závislé na účinnosti systému čištění plynu neţ na
metodě konverze paliva.
Bylo vyvinuto několik redukčních technik, které jsou teoreticky schopny odstranit velké
podíly určitých kovů ze spalin. Tyto systémy se mohou rozdělit obecně do dvou kategorií:
techniky, které se obvykle vyuţívají k odstraňování emisí pevných částic, SOx a NOx
techniky, které se vyvinuly výslovně k odstraňování stopových prvků ze spalin
3.6.1 Sniţování emisí rtuti (Hg)
3.6.1.1 Primární opatření ke sniţování obsahu rtuti v pevném palivu
Čištění paliva (hlavně čištění uhlí) je jednou z moţností volby pro odstranění rtuti z paliva
před spálením. Existuje mnoho druhů čistících postupů, všechny jsou zaloţeny na principu, ţe
uhlí má menší hustotu neţ pyritická síra, horniny, jíl, nebo další nečistoty, z nichţ vzniká
popel, které se do něho přimísily nebo se v něm usadily. Mechanická zařízení, která vyuţívají
ostřiky vodou nebo proudy vzduchu, je mohou fyzicky rozdělit do vrstev a nečistoty se
odstraní. S proudící vodou a tlakovým vzduchem se někdy kombinuje i odstředivá síla, aby se
napomohlo dalšímu oddělení uhlí od nečistot. Další metodou je vypírání médií podle hustoty,
která vyuţívá k oddělení uhlí od znečišťujících látek roztoky těţkých kapalin obsahující
obvykle magnetit (magnetovec, Fe3O4). Uhlí jemnější zrnitosti se někdy čistí za pouţití
pěnové flotace. Tato technika se liší od ostatních, protoţe se soustřeďuje méně na měrnou
váhu a více na chemickou separaci /168, US EPA, 1997/.
3.6.1.2 Technologie úpravy spalin za sniţování emisí rtuti
Většina kovů má dostatečně nízké tlaky par, ţe je moţné, aby kondenzovaly na pevných
částicích při provozních teplotách běţného zařízení k redukci znečištění ovzduší. Rtuť má na
druhou stranu vysoký tlak par při provozních teplotách běţného zařízení k redukci znečištění
a její záchyt v zařízení na odlučování tuhých částic se značně různí. Nejdůleţitějšími faktory,
které mají vliv na sníţení rtuti u uţitkových kotlů je objem spalin, teplota spalin, obsah
chloridů, koncentrace rtuti a chemická podoba rtuti, ve které emituje. Chemické sloučeniny
rtuti emitující z uţitkových kotlů se od jednoho zařízení k druhému značně liší. Účinnost
odstranění závisí na typu sloučeniny přítomné rtuti.
Faktory, které zvyšují odlučování rtuti, jsou nízké teploty v systému odlučovacího zařízení
(méně neţ 150 C), přítomnost účinných sorbentů rtuti a pouţití metody k záchytu sorbentu.
Obecně, vysoký obsah uhlíku v polétavém popílku zvyšuje adsorpci rtuti na tuhých částicích,
které se následně odstraňují v odlučovačích tuhých částic. Kromě toho můţe přítomnost
chlorovodíku (HCl) v proudu spalin způsobit, ţe dojde k tvorbě chloridu rtuťnatého, který se
ihned adsorbuje na pevné částice s obsahem uhlíku. Naproti tomu můţe ve spalinách působit
oxid siřičitý (SO2) jako redukční činidlo a převést oxidovanou formu rtuti na elementární rtuť,
kterou je těţší zachytit.
139
Technologie odlučování určené ke sniţování znečišťujících látek jiných neţ je rtuť ( např.
kyselých plynů a pevných částic) se různí ve své schopnosti odstranit rtuť, ale obecně mohou
dosáhnout sníţení, které není větší neţ 50 % (vyjma u mokrých metod, které mají vysokou
účinnost odloučení chloridu rtuťnatého).
Ke sníţení rtuti u uţitkových kotlů a u zařízení ke spalování komunálního odpadu se jiţ v
Německu úspěšně pouţila loţe s uhlíkovými filtry. U velkých spalovacích zařízení, která
vyuţívají spoluspalování kanalizačního kalu se pouţilo injektáţe aktivního uhlí do spalin a
dosáhlo se přinejmenším 85 % sníţení rtuti. Přídavek aktivního uhlí pro sníţení rtuti ve
spalinách zvyšuje mnoţství tuhých částic, které je třeba zneškodnit / 168, US EPA, 1997/.
3.6.2. Sniţování emisí kovů v systémech odlučování tuhých částic
K odstraňování tuhých částic ze spalin vznikajících při spalování pevných nebo kapalných
paliv ve spalovacích zařízeních se obvykle pouţívají elektrostatické odlučovače a tkaninové
filtry. Tyto systémy se mohou provozovat s celkovou účinností > 99,9 %. Účinnost odloučení
je však obvykle niţší u tuhých částic o menších rozměrech tj. v rozmezí velikostí, v nichţ lze
nalézt částice obohacené kovovými prvky.
Tkaninové filtry mají podobnou celkovou účinnost odstranění pevných částic jako
elektrostatické odlučovače ( tj. větší neţ 99,9 %), ale jsou vhodnější pro redukci jemných
tuhých částic a jsou méně citlivé na zatíţení částicemi a na charakteristiky popílku. Účinnost
zachycení se můţe ještě dále zvýšit vyuţitím úpravy spalin malým mnoţstvím aditiv, která se
přidávají do proudu plynu před filtry.
Některé prvky mohou v plynné fázi zůstávat, dokud se spaliny dostatečně neochladí natolik,
aby došlo ke kondenzaci. Jakmile se spaliny setkají s tkaninovým filtrem, ochladí se natolik,
ţe můţe nastat také určitá kondenzace rtuti, podobně jako u odlučovače na studené straně.
Některé odhady uvádějí, ţe lze u elektráren vybavených systémy tkaninových filtrů dosáhnout
průměrné účinnosti odstranění Hg asi 40 %. Účinnost odstranění Hg značně závisí na
vlastnostech paliva (např. obsahu Cl).
3.6.3 Sniţování emisí kovů v systémech odsiřování spalin
Systémy mokrého odsiřování spalin poskytují účinnou metodu sniţování emisí některých
kovů. Je to většinou proto, ţe se sniţuje teplota spalin po průchodu absorbérem asi na 50 aţ
60 °C, coţ umoţňuje, aby z fáze par kondenzovalo mnohem více těkavých kovů a odstranilo
se ze spalin. Zkondenzované kovy se potom ze systému odsiřování spalin převádějí hlavně do
odpadní vody.
Různé studie uvádějí účinnost odstranění Hg ze spalin ve výši 30 – 50 % a selenu (Se) 60 aţ
75 %. Ale vápno, vyuţívané v některých systémech, můţe být významným zdrojem As, Cd,
Pb a Zn a tak můţe být koncentrace těchto prvků za systémem odsiřování spalin dokonce
vyšší. Emise z vypírání závisejí na specifickém procesu a provozních podmínkách.
V Japonsku se dosáhlo při spalování odpadu průměrné účinnosti odstranění Hg ve výši 96,6
% například přídavkem aditiva chlornanu sodného do spalin. Chlornan sodný stabilizuje Hg
ve spalinách, čímţ umoţňuje její zachycení ve vypírací vodě. Rtuť se potom můţe odstranit
z proudu odpadní vody za pouţití redukce, na základě těkavosti, kondenzací a procesy
separace Hg.
140
Celkové odstranění Hg v rozličných suchých rozprašovacích systémech kolísá asi mezi 35 aţ
85 %. Tyto systémy uspořádané tak, ţe je zařízení k odstraňování částic umístěno před
rozprašovací sušárnou, mají vysokou schopnost záchytu kovů, protoţe velké podíly těchto
prvků (včetně těkavých fází) se odstraňují před jednotkou odsiřování spalin. Nejvyšší
účinnosti odstraňování tuhých částic, zejména jemných, se dosáhne v suchých rozprašovacích
systémech vybavených dále zařazenými tkaninovými filtry.
Od těchto systémů se také očekává, ţe dosáhnou nejvyšších účinností odstranění kovů. Tato
zařízení, vybavená před rozprašovací sušárnou systémy odlučování pevných částic, dosáhly
ještě před vstupem spalin do odsiřovací jednotky aţ 70 % účinnosti odloučení Hg.
V USA se vyuţívala pro vyšší podíl odstranění Hg v systémech rozprašovací sušárny nebo u
elektrostatických odlučovačů technologie aktivního uhlí.
Zkoušky prokazují zvýšení účinnosti odstranění Hg z 27 % na 78 % při teplotě 140 °C na
výstupu a při výstupní teplotě 110 °C se pak zachycení Hg zvýšilo ze 66 % na 86 %. Podobné
zlepšení se také zaznamenalo u systémů rozprašovací sušárny a tkaninových filtrů se
zdokonaleným odlučováním rtuti, kdy bylo bez aditiv 69 % a zvýšilo se na 91 – 95 %
s aditivy. Tato technologie se v současné době pouţívá u spalování odpadů ve Švýcarsku.
Je rovněţ moţné emise Hg sniţovat za pouţití aditiv i u ostatních odsiřovacích systémů jako
je tomu u suché injektáţe. Jako aditivum se můţe přidávat například sorbalit. Je to sorbent,
který tvoří hydroxid vápenatý a různé další organické a anorganické sloţky.
3.6.4 Sniţování emisí kovů u systémů redukce NOx
Neprokázalo se, ţe by nízkoemisní hořáky ovlivňovaly chování kovů během spalování.
Emise kovů mohou narůstat v čistících systémech selektivní katalytické redukce, které
zařadily nastřikování chemikálií do spalin. Většina systémů redukce NOx však nevykazuje
ani sníţení, ani zvýšení emisí kovů.
3.6.5. Sniţování emisí kovů systémy určenými k odstraňování kovů
Některé systémy byly vyvinuty výhradně za účelem sníţení určitých kovů z proudů spalin,
většinou ke sníţení emisí Hg a dalších toxických kovů ( jako je As, Cd a Pb) ze zařízení na
spalování odpadů. Mezi tyto systémy se řadí selenové filtry, filtry aktivního uhlí a rozličné
sorbenty. Tato část o nich v krátkosti pojednává.
Zkoumaly se schopnosti různých sorbentů jako je oxid křemičitý, bauxit (oxid hlinitý),
kaolinit, emathlit a vápno odstraňovat kovy ze spalin. Jejich podrobný seznam spolu s dalšími
moţnými sorbenty lze nalézt v / 33, Ciemat, 2000/, ale dospělo se k tomu, ţe některé pochody
mají v praxi pro velké elektrárenské bloky omezené pouţití kvůli nízkým provozním
teplotám, škodlivým sekundárním účinkům a vysokým nákladům na některé sorbenty.
Vyvinuly se systémy aktivního uhlí nebo koksových filtrů, kterých lze vyuţít k odstranění
takových kovů jako je Cd, Hg a Pb ze spalin. Informace o filtru z hnědouhelného koksu a
katalytickém systému, který kromě odstraňování kyselého plynu adsorbuje kovové prvky lze
nalézt v následujícím odkazu / 33, Ciemat, 2000/. Testy prováděné v měřítku pilotního
systému, kterým je vybaveno zařízení ke spalováním komunálních odpadů naznačují, ţe se
materiálem z hnědouhelného koksu skutečně ze spalin odstraní veškerá Hg.
141
Experimentální ověření ukazuje, ţe se dosáhne sníţení koncentrace kovové rtuti, přidá-li se
do proudu spalin aktivní uhlí. Uhlí dále zachycené na tkaninovém filtru obsahuje 40 – 60 ppm
Hg, coţ odpovídá 13 aţ 20 % Hg ve spalinách.
Studovalo se odstraňování par Hg ze spalin při vyuţití adsorbentů impregnovaných sírou za
pouţití vrstvené výplně. Experimentální výsledky ukázaly, ţe impregnace aktivního oxidu
hlinitého a zeolitu sírou zvyšuje adsorpční kapacitu o několik řádů. Ačkoliv sorbenty mají
vysokou adsorpční kapacitu pro Hg, nejsou schopny odstranit veškerou rtuť (protoţe jiţ mají
výchozí koncentraci větší neţ nula v době, kdy plyny procházejí filtry, a to dokonce na
začátku prosazení plynu). Velmi nízké koncentrace Hg ve spalinách lze dosáhnout za pouţití
loţe s aktivním oxidem hlinitým napuštěným sírou a zeolitovými adsorbenty, po němţ
následuje druhé loţe s adsorbenty aktivního uhlí napuštěné sírou.
Systém, který pouţívá filtr napuštěný selenem je rovněţ vhodný k odstranění Hg a mohou jím
být vybaveny stávající kouřovody za pračkami. Filtr je zaloţen na silné afinitě rtuti k selenu,
kdy dochází ke spojení na selenid rtuťnatý (HgSe), vysoce stabilní sloučeninu. Vyčerpané
filtry se vracejí výrobci k vyčištění.
V budoucnosti by mohly být tyto nové systémy k odstraňování kovových prvků důleţitými
metodami sniţování emisí kovů. V současné době se ale většina postupů v průmyslovém
měřítku nevyuţívá, anebo se zdají být vhodnější pro redukci emisí ze spaloven odpadů. Pro
posouzení vhodnosti takových systémů pro velká spalovací zařízení je třeba dalšího výzkumu.
3.7 Techniky ke sniţování emisí CO a nespálených uhlovodíků
Emise nespálených plynů, které se mohou rozdělit do dvou skupin a sice oxid uhelnatý (CO)
a uhlovodíky (CxHy), se mohou sniţovat moderními spalovacími technikami. Emise CO a
nespálených uhlovodíků jsou důsledkem nedokonalého spalování a můţe k nim docházet při
příliš nízkých teplotách spalování; s příliš krátkou dobou prodlevy ve spalovací zóně; nebo
nesprávným smísením paliva a spalovacího vzduchu, coţ vede v určitých místech
k nedostatku kyslíku.
Oxid uhelnatý je z nespálených plynů nejdůleţitější. Je to stabilní sloučenina, není-li přítomen
kyslík, dokonce i za vysokých teplot. Uhlovodíky se naproti tomu mohou rozloţit a tvořit při
vysokých teplotách v atmosféře chudé na kyslík saze. Obecně lze říci, ţe emise nespálených
uhlovodíků se mohou tvořit tehdy, dojde-li zároveň k nízké teplotě ve spalovací zóně a
nedostatečnému promísení paliva a vzduchu. Takové podmínky jsou ale ve velkých
moderních topeništích vzácné.
Obvykle lze emise CO udrţet pod 50 mg/Nm3, pokud se spalování správně reguluje. Emise
uhlovodíků jsou u moderních kotlů elektráren zanedbatelné, běţně pod 5 mg/Nm3.
Techniky a číselné hodnoty, které jsou specifické pro emise z plynových turbin a pístových
motorů se popisují v kapitolách specifických paliv (kapalných/plynných).
Emise nespálených plynů nepříznivě ovlivňuje několik ukazatelů. Obyčejně jsou emise
nespálených plynů nejvyšší, kdyţ nastanou problémy v regulaci poměru palivo/vzduch
v topeništi nebo kdyţ není kvalita paliva homogenní ( jde-li o případ odpadů nebo biomasy).
142
Uhlí o nízké reaktivitě a obsahu prchavých látek (antracit) má tendenci zvyšovat emise
nespálených plynů. Vyšší emise mohou být také následkem nízkých teplot spalování
způsobených pouţitím nekvalitního uhlí, částečným zatíţením nebo při poruše hořáku.
Některá opatření ke sníţení emisí NOx, jako je spalování s niţším přebytkem vzduchu nebo s
velmi odstupňovanými přídavky vzduchu, mohou emise nespálených plynů zvýšit. V těchto
případech se musí klást důraz na důleţitost zajistit dostatečné promísení vzduchu a paliva v
systému spalování. Sniţování NOx metodou selektivní nekatalytické redukce můţe také
způsobit vyšší emise CO. Emise CO lze sníţit, zvýší-li se u fluidních kotlů vsázka vápence.
Podobně jako náklady na sníţení NOx je nemoţné oddělit náklady na tato opatření od
celkových investic. Pokud nastanou u stávající elektrárny problémy s nespálenými plyny,
musí se případ posoudit zvlášť a stanovit moţné výdaje zároveň s posouzením
proveditelnosti.
3.8 Techniky ke sniţování emisí halogenů
Přírodní zdroje, zejména moře, jsou hlavním zdrojem chloru, bromu a jodu v atmosféře.
Lidské činnosti, zejména průmyslové zdroje, jako je výroba hliníku, jsou hlavním
celosvětovým zdrojem emisí fluoru. V mnoha zemích je spalování fosilních paliv největším
zdrojem chloru (jako HCl) z lidských činností a můţe být rovněţ převládajícím zdrojem
fluoru (HF). Emise halogenů ze spalování mají podobu vysoce rozpustných kyselých plynů,
které mohou přispívat ke kyselému dešti.
Emise halogenů závisejí na řadě faktorů – počátečním obsahu halogenu v palivu a podobě, ve
které jsou přítomny, na podmínkách spalování ( teplotě, době prodlevy atd.) a na vyuţití
různých technologií k redukci znečištění. Tyto technologie a postupy určené například
k redukci emisí SOx, jako je přídavek vápence do kotle a odsiřování spalin, mohou být zvláště
účinné při sniţování emisí kyselých halogenových plynů.
Při průchodu plynu výměníky tepla míjí aţ 50 % HF systémy odsiřování plynu.
V této části se pojednává o účinnosti odstraňování halogenů různými technologiemi
sniţujícími znečištění, které se obvykle většinou provozují u velkých spalovacích zařízení
(vybavení k odlučování pevných částic a odstraňování síry).
3.8.1 Sniţování emisí halogenů v systémech odlučování tuhých částic
Pokud se týká zachycování halogenů v elektrostatických odlučovačích a v čistírnách plynu
(tkaninových filtrech), je k dispozici pouze velmi málo informací. Při zohlednění povahy
plynů je však pravděpodobné, ţe bez přítomnosti sorbentu mají malý účinek, nebo jsou zcela
bez vlivu. Přídavek sorbentu, jako je vápno, do zóny spalování, můţe znamenat, ţe se
halogeny zachytí na povrchu nebo uvnitř částic, které se mohou odloučit filtračními systémy.
3.8.2 Sniţování emisí halogenů v systémech odsiřování spalin
V mokrých systémech odsiřování spalin se nejdříve spaliny vypírají v předřazené pračce,
která zachytí moţné vzniklé chloridy v cirkulačním okruhu absorbéru pro odsiřování spalin.
V předřazené pračce se zachytí většina popílku a rozpustné plyny jako HCl a HF a v úpravně
se znečišťující látky z odpadní vody odstraní.
143
Současná účinnost odstranění halogenových emisí ze spalovacích zařízení při vyuţívání
mokrého systému odsiřování spalin značně kolísá. Účinnost odstranění chloru (HCl) se
pohybuje v rozmezí 87 – 97 %, u fluoru (HF) od 43 do 97 %, bromu 85 – 96 % a jodu od 41
do 97 %.
Podobně je tomu u suchých systémů odsiřování spalin u uţitkových i průmyslových kotlů,
jako je rozprašovací sušárna. Spaliny přicházejí do kontaktu s rozptýlenou vápennou suspenzí
nebo roztokem uhličitanu sodného. Horké spaliny vysuší kapky a vysráţejí rozpuštěné
chemikálie, které se mohou potom zachytit zároveň s jakýmkoliv zbytkovým kotelním
popílkem v čistírně plynu nebo v elektrostatickém odlučovači. Podle /33, Ciemat, 2000/ jsou
účinnosti odstranění chloru a fluoru při suchém odsiřování spalin ekvivalentní těm, které se
vyuţívají při způsobu odsiřování mokrého.
3.8.3 Sniţování emisí halogenů v systémech redukce NOx
Selektivní katalytická a selektivní nekatalytická redukce jsou technologie určené
k odstraňování NOx ze spalin. Při selektivní nekatalytické redukci můţe čpavek pouţitý
k redukci NOx reagovat s HCl v popílku a tvoří se chlorid amonný. Lze předpokládat, ţe
pokud je k dispozici elektrostatický odlučovač, nebo jiné odlučování tuhých částic, můţe
čpavek stále ještě reagovat s jakýmkoliv HCl ve spalinách, přesto, ţe se účinně neutralizuje
kyselost HCl. Chlorid amonný můţe tvořit viditelný oblak (vlečku za komínem).
3.9 Sniţování emisí skleníkových plynů z velkých spalovacích zařízení
V současných letech se diskutuje o rozličných metodách, postupech a technologiích ke
sniţování emisí skleníkových plynů ze spalovacích zařízení na fosilní paliva, zejména o
sniţování emisí CO2. Tato část podává ve stručnosti přehled opatření, která jsou k dispozici a
upozorňuje na taková, která se mohou v současnosti u konvenčních elektráren vyuţívat.
Existují dvě významné moţnosti volby ke sniţování emisí skleníkového plynu z velkých
spalovacích zařízení. První moţností je vyhnout se emisím CO2 zvýšením účinnosti
spalovacího procesu, vyuţitím a úsporou energie.
Druhou moţností volby je regulace emisí CO2 odlučováním ze spalin a likvidací, coţ je stále
ještě ve velmi časném stádiu vývoje a tudíţ zatím nelze u velkých spalovacích zařízení
uplatnit.
3.9.1 Sniţování emisí oxidu uhličitého zvýšením tepelné účinnosti
Technologie ke zvýšení tepelné účinnosti spalovacího zařízení se v současné době vyvíjejí
s ohledem na ekonomické a ekologické důvody včetně sniţování emisí skleníkových plynů.
Zahrnují zdokonalení technologií výroby u konvenčních elektráren, stejně jako pokročilejší a
modernizované technologie, jako jsou kombinované cykly s plynovou turbinou (GTCC).
Výsledkem technologického pokroku je stálé zlepšování účinnosti technologií výroby energie,
jak ukazuje obr. 3.37.
144
Obr. 3.37: Zdokonalování účinnosti technologií výroby energie v průběhu posledních 50 let
/ 105, Steen M., 2001/
Vztah mezi účinností a vypouštěním CO2 u různých systémů výroby energie ukazuje další
obrázek 3.38. Shora dolů odpovídají křivky různým druhům paliva, které se pouţívají u
velkých spalovacích zařízení a odráţejí jejich obsah uhlíku. Ze sklonu tečny křivek lze
odhadnout přírůstek účinnosti vlivem sníţení vypouštěného CO2. Podle metody přibliţného
výpočtu sniţuje růst účinnosti ze 40 na 41 % u elektrárny vytápěné plynem emise CO2 o 2,5
%. U 500 MW závodu s faktorem zatíţení 85 % to představuje sníţení emisí CO2 o 37 000
t/rok- viz závorka (500 MW x (0,85 x 365 x 24hod /rok x 400 kg/MWh x 2,5 % = 3,7.107
kg/rok ).
Obr. 3.38: Vypouštění CO2 v závislosti na účinnosti / 105, Steen M., 2001/
Obr. 3.38 poukazuje na trendy v celkových emisích CO2 a průměrné účinnosti u výroby
tepelné energie v EU - 17 (EU-15 + Norsko a Švýcarsko) v období 1970 – 1996 ( naměřené
údaje) a uvádí prognózu pro léta 2000 – 2010 (poslední dva body).
145
Tyto údaje jasně ukazují, ţe kdyţ se zvyšuje účinnost výroby tepelné energie, klesají emise
CO2.
Závislost tepelné účinnosti na velikosti elektrárny, jak ukazuje obrázek 3.39 naznačuje, ţe
emise CO2 nejsou závislé na velikosti zařízení.
Obr. 3.39: Měrné emise CO2 v závislosti na velikosti zařízení / 105, Steen, 2001/
Pro znázornění současného výkonu jsou na obrázku 3.40 zařazeny různé technologie výroby
energie s ohledem na jejich měrné emise CO2. Dva body u kaţdé technologie na obrázku se
vztahují k maximálním a minimálním hodnotám uvedeným v literatuře /105, Steen, 2001/. Pro
srovnání se také uvádějí emise z jiných výrob elektřiny neţ je spalování fosilních paliv.
Obr. 3.40: Tvorba emisí CO2 u současných technologií /105, Steen, 2001/
Ke zvýšení účinnosti při výrobě elektřiny a tepla je první moţností volby zaměnit, nebo dále
optimalizovat hlavní komponenty procesu jako jsou turbiny, čerpadla a systémy redukce
znečištění.
146
Další opatření ke zvýšení účinnosti konvenčních elektráren znamenají sníţení tlaku v
kondenzátoru, optimalizaci systému ohřevu napájecí vody, vyuţití odpadního tepla a vyuţití
nadkritických podmínek parního cyklu.
Snaha o vyšší účinnosti a růst zájmu o dopady elektrárenské výroby na ţivotní prostředí vedlo
dokonce i k několika novým technologiím, tj. integrovanému kombinovanému cyklu
zplyňování (IGCC) v elektrárnách a technologii tlakového spalování práškového uhlí. Tyto
technologie mohou dosáhnout účinností vyšších, neţ jsou u současné technologie a vykazují
značně niţší emise, ale nedospěly ještě do konečného stadia vývoje.
Kombinovaná výroba elektřiny a tepla vyuţívající tak zvaná kogenerační zařízení představuje
další moţnost zvýšení účinnosti pouţitého paliva. V kogeneračních zařízeních se můţe sníţit
spotřeba energie aţ o 50 % ve srovnání s oddělenou výrobou elektřiny a tepla. Kogenerační
zařízení se mohou postavit jako velká spalovací zařízení o kapacitě několik set MW, ale také
jako malá zařízení pro průmysl, nevýrobní instituce a zemědělství.
Přiměřené a nákladově efektivní vyuţití této technologie lze provést tam, kde se můţe teplo
dodávat do sítě rozvodu tepla nebo do nedalekého průmyslového závodu, kde se ho vyuţívá
k tepelným pochodům /32, Rentz a kol., 1999/
3.9.2 Technické moţnosti odstraňování CO2 ze spalin
Současná uvedená technologie a techniky pro zvýšení tepelné účinnosti pochodů výroby
energie jsou nejdůleţitějším opatřením při sniţování mnoţství skleníkových plynů
emitovaných na jednotku výroby energie. Růst účinnosti je však omezen různými faktory,
takţe dokonce i při zvýšené účinnosti budou ještě emitovat značná mnoţství CO2. K dalšímu
sníţení emisí CO2 jsou v současnosti ve stadiu vývoje nebo výzkumu různé technické
moţnosti. Tyto technické moţnosti pro zachycení a likvidaci CO2 se ještě u velkých
spalovacích zařízení nepouţívají, ale mohly by být v budoucnosti k dispozici. V současnosti
diskutované technické moţnosti k zachycení CO2 jsou dobře popsány IEA ( Mezinárodní
agentura pro energii) /41, IEA 1992 / a uvádějí se ve stručnosti v příloze 10.2 dokumentu.
147
3.10 Techniky k redukci znečištění vypouštěného do vody
Část 1.3.3 uvádí přehled různých zdrojů odpadní vody, které se mohou vyskytnout u velkého
spalovacího zařízení. Odpadní vodu, která se nachází u elektráren tvoří znečištěná voda, která
vzniká z různých procesů u velkých spalovacích zařízení a voda dešťová. Tato voda se musí
upravit v úpravně odpadní vody, kde dochází ke sníţení koncentrace znečišťujících látek.
Následující část se zabývá technikami, které se běţně uţívají k úpravě proudů kontaminované
odpadní vody předtím, neţ se můţe vypustit do vodního prostředí.
Mnoţství a jakost odpadní vody a tomu odpovídající uspořádání úpravny odpadní vody, které
je přiměřené potřebám redukce jednotlivých znečišťujících látek z velkého spalovacího
zařízení je místně specifickou záleţitostí a závisí na mnoha ukazatelích včetně:
druhu a sloţení uhlí
typu skladovacích zařízení paliv a chemikálií
typu přípravy paliva
typu spalovacích postupů
typu chladících systémů
typu chemické úpravy, která se pouţívá u kotelní vody a vody chladící
jakosti odebírané čerstvé vody, která je k dispozici
typu systémů pro úpravu vody
typu systémů pro úpravu spalin
povahy vedlejších produktů spalování (popílku, vlhkosti popela, sádrovce z odsiřování
spalin, atd.) a provozní praxe
praktikovaného způsobu nakládání s nimi (zneškodňování, prodej)
Jednotlivé toky odpadní vody, které se vytvořily v rozličných provozech u velkého
spalovacího zařízení zahrnují:
odpadní vodu z provozu, zejména odpadní vodu z jednotky odsiřování spalin
zachycenou tekoucí dešťovou vodu a protipoţární vodu
vodu ze sociálního zařízení
S ohledem na různé sloţení a kvalitu (povahu znečišťujících látek a koncentraci) se výše
uvedené proudy odpadní vody zachycují obvykle v samostatných drenáţních systémech a
vedou se kaţdý zvlášť k další úpravě do úpraven odpadní vody, které jsou k tomu určeny
(voda ze sociálního zařízení na biologickou úpravnu odpadní vody, odpadní vody z provozu a
stékající kontaminovaná dešťová voda do úpraven průmyslové odpadní vody).
Je samozřejmé, ţe je projekt systémů odvádění vody u velkých spalovacích zařízení velmi
důleţitý, protoţe vyuţitím dobře vyprojektovaného systému odtoku vody se optimalizuje
hospodaření s odpadní vodou, dosahuje se úspor ve spotřebě vody i při úpravě odpadní vody.
Podle projektu proudí odpadní voda pokud moţno na základě gravitace odvodňovacími
systémy k různým sloţkám úpravny odpadní vody, aniţ by se muselo pouţít začleněného
přečerpávání, které je spojeno se spotřebou energie.
148
Objemové průtoky odpadní vody značně kolísají a jsou buď nepřetrţité nebo periodické.
Proudy odpadní vody obsahují podle původu svého vzniku různé substance a to:
pevné substance (např. pevné rozptýlené látky)
kapalné substance (např. oleje, olejové emulze )
substance rozpustné ve vodě (organické, anorganické)
Proudy odpadní vody, které se u velkých spalovacích zařízení vyskytují nejčastěji, jsou dále:
odpadní voda z úpravny odebírané vody
odpadní voda ze systémů chladících okruhů
odpadní voda pocházející z procesu výroby páry
odpadní voda ze systémů čištění spalin
odpadní voda ze sociálního zařízení
3.10.1 Odpadní voda z úpraven odebírané vody
Běţně se voda před pouţitím u velkého spalovacího zařízení upravuje na různých místech.
Prováděnou předběţnou úpravu tvoří změkčování a demineralizace. Taková úprava vytvoří
obvykle následující odpadní vody:
ze zařízení ke změkčování:
stékající vodu z pásových filtrů (z čištění povrchové vody)
filtrát z kanalizačního kalu (bez přídavku chemikálií)
filtrát z kanalizačního kalu ( po flokulaci a sráţení)
vodu ze zpětného proplachu pískových filtrů
Odpadní vody z různých částí změkčovacího zařízení se obvykle vracejí zpět do procesu.
ze zařízení pro demineralizaci:
výtok z regenerace iontoměničů (ionexových pryskyřic)
3.10.2 Odpadní voda ze systémů chladících okruhů
To se týká hlavně kalové vody z mokrých chladících věţí a občasného odtoku
z vyprazdňování nádrţí u chladících věţí. U průtočných chladících systémů se musí počítat
s promýváním filtračních sít na vstupu, s teplotami vypouštěné chladící vody a koncentrací
biocidů nebo jiných přísad.
O emisích do ţivotního prostředí ze všech druhů chladících systémů, včetně těch, které jsou u
velkých spalovacích zařízení se podrobně pojednává v BREF o průmyslových chladících
systémech a tudíţ nejsou zařazeny do tohoto BREF o velkých spalovacích zařízeních.
149
3.10.3 Odpadní voda z ostatních zdrojů při výrobě páry
Můţe se vyskytnout následující odpadní voda:
voda z odkalování bubnových parních generátorů
odpadní voda z laboratoří a ze vzorkovacích míst
výtok z cyklu voda-pára
výtok ze systémů rozvodu tepla
z regenerace odtoku při úpravě kondenzátu
z manipulace s popílkem a struskou a ze systémů odtoku
z výplachu při chemickém čištění kotle
z výtoku po mokré konzervaci kotle
z promývání parních generátorů, ohříváků vzduchu, ohříváků plynu, elektrostatických
odlučovačů, denitrifikačního (DENOX) a odsiřovacího zařízení a různého dalšího
vybavení
výtoky s obsahem oleje ( při odvodňování úloţiště topného oleje a denních zásobníků,
odtoky ze systémů úpravy těţkého topného oleje a/nebo motorové nafty, z prostorů
umístěných turbin nebo naftových motorů, transformátorů atd.)
3.10.4 Odpadní voda ze systémů čištění spalin
Všechny mokré typy systémů čištění spalin produkují odpadní vodu, která vzhledem k palivu
a k pouţitým materiálům obsahuje mimo jiné sloţky i těţké kovy. Z tohoto pohledu je jedním
z hlavních zdrojů odpadní vody mokrá vápencová technologie, která se pouţívá k odsiřování
spalin ve velkém počtu elektráren, třebaţe se můţe její objem sníţit za pouţití paliv s niţším
obsahem chloru. Tomu odpovídá i sníţení mnoţství čistících prostředků v úpravně odpadní
vody, coţ pak sniţuje emise do vody. Příklad konvenčního systému úpravy odpadní vody je
znázorněn na obr. 3.41, ale je třeba poznamenat, ţe existuje mnoho nejrůznějších typů
systémů, které závisejí na různých předpisech států a na místních specifických faktorech.
U odpadní vody z odsiřování spalin se musí zvýšit hodnota pH, aby se vysráţely těţké kovy.
Toho se obvykle docílí buď za pouţití vápenného mléka nebo hydroxidu sodného za tvorby
hydroxidů kovů. Přidáním flokulačních činidel (chloridu ţelezitého) se vytvoří vločky.
Přídavek koagulačních činidel (polyelektrolytu) umoţňuje shlukování jednotlivých vloček
tak, ţe se vytvoří větší formace vloček. Kal potom nejdříve sedimentuje, odvádí se a
zneškodňuje se, nebo se přidává k palivu při spalování v kotli s tavnou komorou. Část řídkého
kalu se vrací zpět do stupně flokulace, kde částice kalu slouţí jako krystalizační jádra, která
podporují rychlejší flokulaci.
Upravená odpadní voda z prvního stupně sedimentace se k další sedimentaci vede do
zahušťovače s přepáţkami. Rozptýlené mikročástice se usazují na vloţených přepáţkách. Kal
padající mimo desky se shromaţďuje v nejniţším bodě zahušťovače a potom se můţe
recyklovat. Vyčištěná odpadní voda se odvádí v případě splněných limitních hodnot
přepadem zahušťovače do kanalizace. Kromě toho nesmí pH odpadní vody překročit rozmezí
hodnot 6 aţ 9,5, jinak se musí neutralizovat. Je-li přítomen čpavek, vede se odpadní voda před
vypuštěním do kanalizace nejprve do zařízení k rozráţení čpavku.
150
Při některých postupech, např. při vyšším obsahu rtuti na vstupu z důvodu spoluspalování
odpadů je po přídavku vápenného mléka zvykem přidávat také organický sirník (TMT 15),
čímţ dojde k vysráţení těţkých kovů jako sirníky a to je účinnější neţ pouţití hydroxidů.
Nevýhodou je, ţe se sirníky těţkých kovů (větší mnoţství) musí zneškodnit, protoţe při
spoluspalování těchto odpadů se uvolňuje síra jako oxid siřičitý a opět se uvolní i rtuť.
Rozličná zařízení upravují odpadní vody z odsiřování spalin různě. Některé společnosti tudíţ
vyuţívají např. flokulační činidla a činidla podporující flokulaci, jiné vyuţívají pomocnou
flokulaci a organický sirník.
Obr. 3.41: Úpravna odpadní vody z odsiřování spalin /58, Eurelectric, 2001/
Příklad úpravny odpadní vody z odsiřování spalin ukazuje obrázek 3.41. Odpadní voda se
nejprve neutralizuje v míchačce za pomoci vápenné kaše. Dále se ve druhé reakční nádobě
zvýší pH dávkováním další vápenné kaše. V kruhové reakční nádrţi pro zahuštění dochází
pomalu k flokulaci a usazování hydroxidů těţkých kovů. Do této nádrţe se zavádí
z pomocného dávkovacího vedení roztok elektrolytů, aby se zabránilo odpudivým silám mezi
částicemi hydroxidů a urychlila se sedimentace.
Upravená voda s hodnotami pH mezi 6 a 9 se můţe z horní zóny kruhové reakční nádrţe
k upravení koncentrace převést do hlavního přívodu vody. Pokud je pH nad hodnotou 9,
upravuje se přídavkem kyseliny, např. kyseliny chlorovodíkové. Část kaše odtaţené
z koncentrační nádrţe se odvádí jako reakční kaše k podpoře flokulace do první míchačky.
Tato kaše urychluje vysráţení hydroxidů. Většina kaše z míchačky se dočasně skladuje
v kontejneru, odvodňuje se v kalolisu a nakonec se ukládá před zneškodněním do jímky.
151
3.10.5 Odpadní voda ze sociálních zařízení
Jedná se o zvláštní typ odpadní vody, která pochází z toalet a jídelen. Současný objem
upotřebené vody se obvykle odhaduje na 75 l na osobu a den. Znečištění charakterizuje
vysoký objem organických látek.
Je třeba upozornit, ţe odpadní oleje ( mazací nebo pracovní oleje) se povaţují za pevné
odpady a obvykle se shromaţďují samostatně a zneškodňují se mimo sídlo závodu k tomu
oprávněným smluvním partnerem ( například spalováním, nebo se regenerují, atd.)
3.10.6 Techniky k úpravě odpadních vod
Aby se rozhodlo, které typy hospodaření s odpadní vodou a úpravárenské techniky v praxi
jsou zvláště pro velká spalovací zařízení nejlepší, muselo se provést posouzení očekávaných
objemových toků odpadních vod. Odpadní vodu je třeba charakterizovat s ohledem na povahu
a koncentraci znečišťujících látek a profil očekávaných proudů z různých zdrojů. Následkem
toho je třeba přijmout rozhodnutí o uspořádání nejvhodnější úpravny odpadních vod pro
kaţdý specifický případ.
Odstraňování znečišťujících látek z odpadní vody před vypuštěním do ţivotního prostředí
ovlivňuje uplatňování vhodné kombinace široké palety fyzikálních, chemických a
biochemických procesů včetně:
filtrace
úpravy pH/neutralizace
koagulace/flokulace/sráţení
sedimentace/filtrace/flotace
úpravy rozpuštěných uhlovodíků
systémů separace oleje a vody
biologické úpravy
Volba vhodné úpravy a nebo technik hospodaření s vodou závisí na hlavních
charakteristikách kvality a na objemu odpadní vody a vyţadovaných normách jakosti
upravených výtoků při vypouštění do recipientů.
Odpadní vody obsahující vysoká mnoţství rozptýlených pevných látek přítomných v palivech
spalovaných ve velkých spalovacích zařízeních (u systémů manipulace s popelem a jeho
odstraňování, u vyhrabávání a odvádění strusky (škváry), promývání kotle a ohříváků
vzduchu, z otevřených úloţišť paliva atd.) se běţně podrobují primárnímu stupni sedimentace,
aby se odstranily těţší suspendované látky. Poté následuje flokulace s koagulačními činidly a
organickými polymery, které se přidávají, aby napomohly nastavení pH ještě před konečným
usazováním a odstraňováním kalu. Před vypuštěním upravovaného výtoku do recipientu se
můţe poţadovat konečná úprava hodnoty pH.
Kyselé a alkalické odpadní vody (např. výtok z regenerace ionexů, z čištění kotle
chemikáliemi, z odkalování kotle atd.) je třeba před vypuštěním neutralizovat. Výtoky
z obsahem oleje, které vznikají v systémech úpravy topného oleje, úniky nebo odvodňování
skladovacího zařízení pro topný olej, ze stanic vykládky, prostoru transformátorů atd. mohou
obsahovat vysoká mnoţství oleje, který lze opětně vyuţít.
152
Proto je zapotřebí tento olej zachytit v prvním stupni separace oleje, coţ se běţně provádí na
bázi gravitace v separačních nádrţích, které jsou opatřeny záchytnými sběrači oleje.
Zbývající odpadní vody, které mohou ještě obsahovat malá mnoţství oleje, nebo emulzi oleje
a vody se upravují v API nebo lamelových separátorech, které jsou vybaveny odlučovači oleje
nebo za pouţití vzdušné flotace. Sanitární odpadní voda se můţe upravovat v městském
kanalizačním systému, pokud je k dispozici. Jinak se můţe vypouštět buď do septiků, pokud
je zaměstnáno málo personálu, nebo se můţe upravit v biologických jednotkách běţně
rozšířeným provzdušňováním aktivního kalu.
V určitých případech se speciální odpadní vody (např. voda uţívaná k analýze v laboratořích,
která obsahuje uhlovodíky) namísto úpravy v úpravně odpadní vody z velkého spalovacího
zařízení spolu s ostatními výtoky, shromaţďují odděleně a zneškodňují se mimo sídlo
smluvními certifikovanými společnostmi. Nakládání s vodou určenou k hašení poţáru,
k čemuţ dochází pouze při stavu pohotovosti, závisí na místě poţáru. Tyto vody se
shromaţďují odvodňovacím systémem podle místa poţáru, zachycují se v protipoţárních
retenčních nádrţích a případně se před vypuštěním upravují. Odpadní vody z velkých
spalovacích zařízení se mohou upravovat buď odděleně podle síly proudu, nebo za pouţití
kombinovaných technik úpravy. Příklady se uvádějí dále.
Problém hospodaření s vodou a odpadní vodou je v rámci velkého spalovacího zařízení velmi
důleţitý. Optimalizováním recyklace různých v rámci zařízení včleněných výpustí lze
dosáhnout významného sníţení celkové spotřeby vody, stejně jako minimalizace konečného
mnoţství vypouštěné kapaliny, která potřebuje další úpravu.
U několika případů je například moţné shromaţďovat veškerou odpadní vodu z výpustí na
různých místech zařízení k odsiřování spalin a zavádět ji do procesu (u pračky), čímţ je
moţné se prakticky vyhnout jakémukoliv vypouštění z odsiřovacího zařízení. Kromě toho se
mohou vyuţít různé výtoky odpadní vody k vlhčení popílku namísto aby se pouţilo čerstvé
vody. Čistá odpadní voda za úpravnou odpadní vody se obvykle shromaţďuje v retenčních
nádrţích a odtud se dodává do míst spotřeby tam, kde odpovídá poţadavku na kvalitu vody,
např. k přípravě vápencové břečky pro odsiřování spalin nebo při stabilizaci směsi sádrovce a
popílku z odsiřování spalin před zneškodněním na skládce.
3.10.7 Ostatní odpadní vody
Povrchová odtoková voda vzniká při kontaminaci dešťové vody, která se zachycuje se střech
budov, vydláţděných ploch a skladů paliva ( např. ze skladů rezervních zásob uhlí). Ke
kontaminaci dešťové vody dochází, kdyţ se materiály jako je prach ( částice uhlí) ze skladů
paliva, povrchových úloţišť atd., nebo oleje spláchnou do sběrného systému. Kontaminaci
povrchové vody lze předejít nebo ji minimalizovat vyuţitím sedimentačních nádrţí, správně
uţívaných skladů paliva a dalších surovin, stejně jako správnou údrţbou a čištěním celého
závodu.
Povrchovou odtokovou vodu lze zachycovat odděleně. Po sedimentaci nebo chemické úpravě
ji lze opětně vyuţít v procesu výroby k jiným účelům, například při rozstřikování vody
k prevenci tvorby prachu z úloţišť pevných paliv.
153
Ve spalovacím závodech existuje mnoho dalších zdrojů odpadní vody. Příkladem jsou:
vypouštěné kapaliny ze stanic čištění vozidel pro dodávku paliva (např. tahačů přepravujících
rašelinu) a dalších surovin: těsnící voda z čerpadel: z obvyklých provozů, včetně čištění
strojního vybavení, podlah atd.
Tyto kapalné odtoky se obyčejně zachycují a upravují. Voda ze sociálního zařízení se obvykle
vypouští do veřejné kanalizace.
Ke sníţení koncentrace znečišťujících látek ve vodě se mohou pouţívat i techniky koncového
čištění jako je neutralizace, flokulace, sedimentace a filtrace. Tyto techniky se obvykle
pouţívají společně v koncové nebo centrální úpravně odpadních vod závodu.
3.11 Techniky ke sniţování znečištění půdy
Tam, kde nelze vyuţít kaly a pevné odpady z čištění odpadního plynu a z čištění odpadních
vod velkých spalovacích zařízení, nebo kdekoliv současná produkce převyšuje poptávku,
musí se přebytek zneškodnit způsobem odpovědným k ţivotnímu prostředí a v souladu s ním
(například za pouţití výsledků zpracovaných studií týkajících se posouzení vlivu na ţivotní
prostředí - EIA). V souladu s tím zajišťuje vhodná volba místa, metody zneškodnění a
monitorování, ţe tento přebytek lze uloţit bez poškození ţivotního prostředí. Podobně jako u
ostatních práškových materiálů zajišťují pokyny pro manipulaci s popelem (popílkem)
(včetně dopravy) účinnou ochranu proti riziku působení prachu.
Účelem je pokaţdé získat z odpadů vedlejší produkty, které se mohou vyuţít v ostatních
průmyslových odvětvích, například jako stavební materiál. V posledních 10 letech se tento
záměr postupně napříč celé EU naplňuje; v roce 1998 byl podíl vyuţití různých vedlejších
produktů 89 % včetně vyuţití při zúrodňování půdy a zaváţení lomů.
Kaly, odpadní zbytky a vedlejší produkty z velkých spalovacích zařízení se mohou rozdělit na
kal z odebírané vody a z úpravy odpadní vody a odpady a vedlejší produkty z odsiřování a
odprašování spalin. Jedná se také o materiál odstraněný z povrchových vod, který se
vyskytuje na hrablech a sítových filtrech při odběru vody.
Organický materiál zachycený na vstupu chladící vody se můţe vyuţít jako zdroj energie
nebo kompostovat a později vyuţívat ke zlepšení jakosti půdy. Odpadní materiál se musí
ukládat na skládky. Kal z úpravy odpadních vod ze zařízení k odsiřování spalin se můţe podle
moţnosti vyuţívat jako reakční činidlo s ohledem na sloučeniny vápníku v zařízení na
odsiřování spalin. Vyuţívá se jich i jako aditiv v zařízení spalujícím uhlí ke zlepšení tavné
charakteristiky popela. Vysoké procento těchto kalů obsahuje sádrovec. Proto se také zčásti
pouţívají v průmyslu výroby sádry a jako sloţka pro pomalé tuhnutí cementu v cementářském
průmyslu. Nevyuţitelné kaly se ukládají na skládku.
Kal z úpravy čerstvé vody, jako je povrchová voda, se oduhličuje a má i tak vysoký obsah
uhličitanu vápenatého (30 % i více). Vedle výše uvedeného pouţití při odsiřování spalin a
jako aditiva do uhelných kotlů nebo v jiných oblastech, kde se aditiva s obsahem vápníku
pouţívají, se tyto kaly mohou vyuţívat jako vápenné hnojivo a ke zlepšení půdy
v zemědělství.
154
Odpady a vedlejší produkty z odsiřování spalin jako je sádrovec (sádrovec ze zařízení
k odsiřování spalin) a sírany amonné obsahují vápník a síru a pouţívají se mimo jiné
k hnojení a k zušlechťování půdy v zemědělství. Tak je moţný cílený způsob vyuţít je přesně
tam, kde je jich třeba, namísto aby se roznášely neregulovaným způsobem ovzduším do
ţivotního prostředí a zejména do půdy.
V současné době se jako hnojivo vyuţívá pouze 0,1 % odpadů z rozprašovací sušárny (viz
údaje z ECOBA); ukazatele, které stojí proti vyuţívání tohoto druhu odpadu jako hnojiva jsou
obsah těţkých kovů (např. Cd, Hg) a nedůvěra zemědělců k vyuţívání tohoto druhu odpadu.
Produkty rozprašovací sušárny se také uţívají zejména jako výplň podzemních prostor,
ke stabilizaci např. do podzemních dolů.
Další produkty odsiřování jako je síra, nebo kyselina sírová se vyrábějí pouze v malých
mnoţstvích a pouţívají se výhradně v chemickém průmyslu.
Odpady a vedlejší produkty z odlučování prachu ze spalin jsou běţné druhy popela, jako je
kotelní škvára z topenišť výtavných kotlů, spodní popel z granulačních topenišť a popílek
z elektráren spalujících černé a hnědé uhlí. Ve skutečnosti předchází vyuţívání uhelného
popela, jakoţto náhrady za horniny nebo vyráběné produkty, těţbě surovin, čímţ se chrání a
uchovávají přírodní zdroje, stejně jako se sniţuje spotřeba energie a emise oxidu uhličitého
(do té míry, ţe 1 tuna popílku nahrazující cement zamezí vzniku přibliţně 1 t CO2.
Okolo 60 % kotelní škváry se v důsledku jejích dobrých filtračních vlastností pouţívá na
stavbu silnic a k další práci na úpravách povrchu a územních ploch v krajině. Asi 70 %
popílku se vyuţívá při výrobě cementu, betonu a betonářských výrobků, ve kterých se
zhodnotí jeho stavební vlastnosti. Také se vyuţívá k výrobě malty, cihel, zděných bloků,
dlaţby a důlní výztuţe.
Popely z elektráren spalujících hnědé uhlí se většinou vyuţívají jako bezprůsakové
stabilizátory ve směsi s odpadní vodou ze zařízení pro odsiřování spalin při zaplňování jam
vyčerpaných povrchových dolů. Část popela se pouţívá při rekultivaci a povrchových
úpravách. Hnědouhelný popílek o určité jakosti se můţe pouţít při výrobě betonu. Existuje
také mnoho dalších moţností vyuţití popelů, rovněţ i pro popel z elektráren se spalováním
ve fluidním loţi.
V souhrnu lze říci, ţe se techniky k redukci znečištění půdy týkají technik čištění odpadního
plynu a odpadní vody, stejně jako technik vyuţití odpadů a vedlejších produktů, coţ se
promítá do omezeného mnoţství odpadů, které by se jinak musely zneškodňovat na
skládkách. S rostoucí mírou vyuţití odpadů se sniţuje mnoţství odpadů, které se musí
zneškodnit, coţ znamená, ţe se potřeba objemu ke skládkování sniţuje.
Vyuţití vedlejších produktů tak můţe slouţit k ochraně půdy a uchovávání přírodních zdrojů.
Je třeba ale věnovat péči kritickým ukazatelům, které se musí sledovat a to jsou např.průsaky
v dlouhodobém horizontu, stabilita odpadů a proto je třeba monitorovat a podávat informace o
kvalitě odpadů. Nevyuţitelné minerální zbytkové odpady, kterým se nedá zabránit, se tudíţ
musí ještě stále zneškodňovat na skládkách.
155
3.12 Opatření ke sníţení emisí hluku
3.12.1 Základní moţnosti
Základní moţnosti volby pro sníţení hluku musí upravit zdroj hluku tak, aby se změnila
přenosová cesta hluku nebo se musí udělat změny působící na příjemce. Prvním krokem,
který je třeba při posuzování hluku provést, je identifikovat hlavní zdroje a cesty šíření hluku.
Při stanovení hlavních příčin problémů s hlukem jsou často účinné jednoduché experimenty,
jako je postupné vypínání strojů. Pokud je u obsluhy vyloučena ochrana uší a uzavřená
oddělení, je účinnou metodou ke sníţení hladiny hluku zvýšit vzdálenost mezi příjemcem a
zdrojem. Základní rovnice výpočtu hladiny hluku uvádí, ţe kaţdý 10-ti násobek vzdálenosti
od zdroje sniţuje hluk o 20 dB. Optimalizace umístění hlučného zařízení a celého závodu je
snad nákladově nejúčinnějším prostředkem, jak se vyhnout problémům s hlukem. Tato
závislost na vzdálenosti se také vyuţívá u ostatních tak zvaných pasivních metod, které se v
průmyslu uplatňují.
Nejpřímější metodou k ovlivnění hluku je modifikovat mechanismus zdroje, z něhoţ zvuk
vychází. Jinou alternativou je umístit zdroj hluku pod kryt. Pro vnějšího pozorovatele by
potom byla mohutnost hluku zastřena krytem. Obvykle se vyuţívají k šíření cesty zvuku i
akustické bariéry při zvýšení vzdálenosti, kterou musí zvukové vlny urazit od zdroje
k příjemci. Vyuţití materiálů absorbujících hluk, zejména ve stěnách a zastřešení, je účinnou
metodou ke sníţení odrazu nebo zpětného působení uvnitř budovy. Pokud vnitřní povrchy
místnosti zcela hluk odráţejí, blíţí se teoreticky hluk nekonečnu. To je důvod, proč se
hladiny hluku v ţivotním prostředí v některých případech regulují vloţením absorpčního
materiálu do vnitřku budovy. Metodou k ovlivnění hluku, specifickou pro zařízení, je pouţití
tlumičů; běţně se jich vyuţívá v kanálech nebo v potrubí.
Některé obvyklé techniky ke sníţení hluku jsou:
pouţití náspů k odstínění zdroje hluku
uzavření hlučného zařízení nebo sloţek do staveb pohlcujících zvuk
vyuţití antivibračních opor a spojek strojního vybavení
vhodné orientování a umístění soustrojí emitující hluk a změna frekvence zvuku
3.12.2 Hluk vznikající na konstrukci
Rotující stroje, jako jsou turbiny, generátory, čerpadla, kompresory a elektrické motory, jsou
u elektráren hlavními zdroji vibrací a hluku. Hluk je často způsoben vibrací stroje, coţ vytváří
hluk vznikající na kostře konstrukce. Účinnou metodou k omezení šíření tohoto hluku je
vyuţití podstavy strojů s podporou izolátorů vibrací. Principem izolátorů je, ţe vlastní kmitání
systému, které zůstává na izolátorech je mnohem menší neţ základní kmitočet běţícího stroje.
Systémy izolace vyrovnávají vzbuzenou sílu inertním působením. Čím větší je hmota stojící
na izolátorech, tím menší jsou vibrace systému, ale v kaţdém případě izolátory výrazně
sniţují vibrace, které jimi procházejí do okolních staveb. Pokud je stroj na izolovaném
podkladě, musí být spojení se strojem pruţné.
To účinně předchází šíření hluku pocházejícího z kostry stroje do kanálů a potrubí. Izolátory
podporující podstavy velkých strojů jsou obvykle šroubovité ocelové pruţiny. K účelům
izolace se obvykle také pouţívají pryţové prvky nebo měchy.
156
3.12.3 Hluk z vedení a potrubí
Tyto systémy by měly být určeny k hladkému stejnoměrnému průtoku kapaliny. Náhlé změny
v geometrii zvyšují hluk, který značně závisí na rychlosti proudu. V určitých případech je
hluk dokonce úměrný rychlosti kapaliny a nejúčinnější metodou ke sníţení hluku je tedy
sníţit rychlost dotyčné kapaliny.
Jednou praktickou metodou, jak to provést, je opatřit potrubí uvnitř pruţnými tlumícími
podkladovými materiály. Prospěšné je rovněţ vyuţít velkého poloměru zakřivení. Hluk
z potrubního vedení je dvojího charakteristického druhu: hluk s širokým rozsahem kmitočtů a
hluk koncentrovaný na jednotlivé frekvence. Čerpadla, ventilátory a dmychadla vytvářejí
hluk frekvencí svého chodu a kmitočtem svých lopatek. Ten závisí na počtu lopatek okolo
oběţného kola.
Tyto jednotlivé kmitočty lze ovlivnit dokonalejší úpravou stroje, například minimalizací
nevyváţenosti hmoty rotoru. Ve ventilech nastává širokopásmový hluk obvykle v souvislosti
s tlakovou ztrátou a tudíţ se hluk můţe sníţit upravením tlakové ztráty tak, aby k ní
docházelo v několika etapách.
Obvyklým řešením problémů s hlukem ve stávajících elektrárnách je vyuţití tlumičů nebo
dusítek, při zvýšení tloušťky stěn potrubí a obloţení potrubí absorpčním nebo izolačním
materiálem.
3.12.4 Tlumiče
Existují různé druhy tlumičů. Ke sníţení hluku u dmýšních linek a bezpečnostních ventilů se
vyuţívají tlumiče podle „škrtícího efektu“. Absorpční tlumiče jsou vhodné pro tlumení hluku,
který překrývá široký pás kmitočtů. Typickým příkladem jsou obloţená potrubní vedení,
tlumiče sestávající z paralelních obkladových desek nebo vyztuţená tlaková komora. Zpětně
působící (reakční) tlumiče se zakládají hlavně na geometrické struktuře kaţdého tlumiče. Jsou
účinné pouze při specifických kmitočtech nebo v omezeném úzkém pásu frekvencí.
Typickými příklady zpětně působících tlumičů jsou jednoduché expansní komory nebo
dutinové rezonátory. Vzduch v dutině vytváří pruţinu, která ovlivňuje průtok vzduchu
nasměrovaného do hrdla dutiny. Proud vzduchu se chová jako hmota, která působí
nízkofrekvenční ladící efekt ve velmi omezeném pásmu kmitočtů. Průmyslově vyuţívané
tlumiče jsou často kombinací absorpčního a reakčního typu.
3.12.5 Hluk ze strojních zařízení
Během chodu stroje mohou tvořit hluk nepatrné odchylky od teoretického optima. Příkladem
je špatné seřízení, hmotná nevyváţenost nebo excentričnost rotoru, coţ se do určité míry
vyskytuje vţdycky. Tak můţe být neobvyklé zvýšení hluku prvním symptomem mechanické
poruchy. V těchto případech můţe také řešení problému s hlukem zlepšit účinnost stroje.
U elektrických motorů nebo generátorů způsobuje výstředný nebo asymetrický vzduchový
kryt okolo rotoru výkyvy magnetických sil a dochází ke hluku. Vstup vzduchu nebo výstup
hluku se můţe regulovat nebo tlumit pomocí tlumičů.
V mnoha případech se však můţe hluk šířit celým pláštěm a můţe být těţké provést nápravu
změnami ve stroji nebo jeho spojích. Řešením je potom buď obloţit stroj absorpčním nebo
izolačním materiálem, nebo pouţít samostatných krytů.
157
3.12.6 Závěry
U velkých spalovacích zařízení jsou hlavními zdroji hluku různé rotující stroje,
transformátory a ventily. Problém hluku z těchto závodů je obvykle technicky zvládnutelný,
ale z pragmatického hlediska tvoří limity technických moţností přijatelná výše nákladů na
ochranu před hlukem. Protoţe rostoucí vzdálenost od zdroje sniţuje hluk, vyuţívá se
plánování území jak na úrovni obce, tak v rámci specifického sídla průmyslu, coţ je snad
nejlepším preventivním opatřením, jak se vyhnout problémům s hlukem. Uvnitř budov se
uplatňují stejné zásady, tj. v projektovém plánu by se měly pracovní prostory oddělit od
hlučného zařízení. Dnes je základním cílem výrobců strojů sníţit za podpory kompetentních
orgánů hluk, který vzniká na zařízení.
U specifického příkladu elektrárny se redukce hluku z technologie zakládá hlavně na :
pouţití akustických zábran okolo strojů
vytřídění konstrukčních materiálů ke krytí budov podle jejich účinku izolovat hluk
vyuţití tlumičů na vstupu a výstupu z kanálů
vyuţití zvuk absorbujících materiálů ve stěnách a stropech
vyuţití izolátorů vibrací a pruţných spojů
uplatnění pečlivě provedeného, podrobného projektu, např. aby se předešlo moţnému
pronikání hluku otvory, nebo se minimalizovaly výkyvy tlaku v potrubí
V současných letech se zvýšil zájem o hluk a to vedlo k řadě předpisů o hluku. Nyní je
hladina povoleného hluku faktorem, kterým by se měla u projektu elektrárny řídit všechna
hlavní rozhodnutí.
3.13 Chladící techniky
Provoz velkých spalovacích závodů se řídí Carnotovým principem. Tepelný zdroj, tj. kotel,
poskytuje energii potřebnou pro odpaření vody. Chladný zdroj, tj. kondenzátor, nechá
zkondenzovat páru vycházející z nízkotlaké části turbiny. Kondenzátor a chladící systém jsou
proto klíčovými součástmi zařízení. Nehledě na přijatý způsob chlazení, je to ve skutečnosti
jeden z hlavních styčných spojů mezi spalovacím zařízením a okolním prostředím. Účinnost a
vhodnost elektrárny závisí do značné míry na dokonalosti a čistotě kondenzátoru a chladícího
systému. Tab. 3.16 uvádí výkony chladící techniky, které se obvykle uplatňují ve velkých
spalovacích závodech.
Tab. 3.16: Příklady výkonů a termodynamických charakteristik různých chladících systémů
pouţívaných v energetickém průmyslu / 46, Caudron, 1991/
chladící systém pouţité teploty
chlazení (oC )
výkon systému při
výrobě energie (MWtep)
otevřený průtočný systém 13 – 20
(rozdíl v koncovce 3-5)
< 2700
otevřená mokrá chladící věţ 7-15 < 2700
otevřená hybridní chladící věţ 15-20 < 2500
suchý kondenzátor chlazený vzduchem 15-25 < 900
158
U takového uspořádání lze nalézt řadu uplatnění, všechna směřující k tomu, aby proces
splňoval místní ekonomické i ekologické poţadavky. Dopad chladících technik pouţívaných
ve velkých spalovacích závodech na ţivotní prostředí se popisuje v BREF o chladících
technikách v průmyslu.
3.14 Monitorování emisí a podávání zpráv
Tato část se zaměřuje na poskytnutí obecných informací o monitorování a podávání zpráv o
emisích ze spalování fosilního paliva. Metody a přístroje pouţívané při monitorování emisí by
měly odpovídat metodám státních a mezinárodních předpisů (např. Evropské komise pro
normalizaci (CEN); ISO, VDI Richtlinien; předpisům Nizozemí k emisím; směrnicím Velké
Británie, Britským standardům (normám) atd.). Další podrobnější informace o obecných
problémech monitorování se uvádějí v BREF, který se věnuje monitorování.
3.14.1 Druhy emisí
Nejobvyklejšími sloţkami emisí do ovzduší, které se u velkých spalovacích zdrojů
vyuţívajících fosilní paliva měří nebo vypočítávají za pouţití emisních faktorů nebo dalších
způsobů jsou:
emise tuhých znečišťujících látek např. z vykládky, skladování ( krátkodobého nebo
dlouhodobého charakteru) a z manipulace palivem
prach, jakoţto komínové emise (včetně PM 10 a PM 2,5)
oxidy síry
oxidy dusíku (NOx)
oxid dusný (N2O se můţe tvořit při spalování ve fluidním loţi)
těţké kovy
oxid uhelnatý
oxid uhličitý
fluorovodík (HF můţe být důsledkem únosů z výměníku tepla a předehřevu spalovacího
vzduchu)
halogenové sloučeniny
čpavek NH3
uhlovodíky ( jako nespálené uhlovodíky )
těkavé organické látky (VOC)
dioxiny a/nebo persistentní organické látky (POP)
U znečištěné vody lze monitorovat následující ukazatele:
suspendované pevné částice
těţké kovy
soli (chloridy a sírany)
organické halogeny
biocidy
fosforečnany
změny hodnot pH
159
O hodnotě pH a další sloţkách se pojednává jako o celku nebo parciálně v kapitolách o
specifickém palivu, coţ závisí na pouţitém palivu a dostupnosti údajů. Metody analýzy se
uvádějí v příslušných předpisech států a v mezinárodních směrnicích o monitorování a
analýze.
3.14.2 Referenční podmínky a parametry
U emisí do ovzduší by se měly také stanovit následující ukazatele charakterizující výstupní
plyn, aby se mohly získané emisní koncentrace převést na standardní podmínky tj. 273 K,
101,3 kPa, při měřeném obsahu kyslíku a pro suchý plyn:
objemový průtok odpadního plynu (pro výpočet koncentrace a hmotnostního toku emisí)
teplota odpadního plynu
obsah vodní páry v odpadním plynu
stálý tlak v kouřovodu
atmosférický tlak
doba monitorování /průměrná perioda
Kromě výše uvedených ukazatelů jsou pro správný provoz kotle a systém čištění spalin nutná
další měření určitých parametrů (jako je napětí a intenzita proudu (u elektrostatických
odlučovačů) tlaková ztráta (u rukávových filtrů), pH vypírací kapaliny (v pračkách) a
koncentrace znečišťujících látek v různých místech kouřovodu.
3.14.3 Vzorkovací místa
Vzorkovací body mají splňovat poţadavky příslušných státních norem.
Pokud jde o vzorkování (viz obr. 3.42), existují dva hlavní typy kontinuálního monitorování
emisí:
in situ, v místě, kde se vzorek v komíně nebo v kouřovodu analyzuje při malé úpravě
vzorkování nebo bez něho
ex situ, vně, kdy se vzorek odebere pro analýzu a ta se provádí kdekoliv jinde (buď v
místní laboratoři nebo mimo závod smluvně)
Obr. 3.42: Dva druhy uspořádání při monitorování emisí ze zdroje / 106, Sloss, 1997/
160
Vzorkovací body budou obvykle:
representativní (charakteristické)
jasně označeny
v úseku měření vykazovat bezporuchový průtok (spalin, odpadní vody), je-li to moţné
místy, která lze při monitorování uzavřít
opatřeny potřebným přívodem energie
zajištěny natolik, ţe budou splněny poţadavky bezpečnosti práce
3.14.4 Monitorování emisí
Monitorování emisí se provádí proto, aby se stanovily substance v čistém plynu nebo odpadní
vodě tak, aby se o nich mohlo referovat, nebo se mohla provádět regulace spalovacího
procesu nebo čistícího zařízení, nebo se ho mohlo vyuţívat k předvídání dopadu zařízení
nebo procesu na ţivotní prostředí. Postupy regulace procesu a monitorování emisí
v elektrárnách uvádí obr. 3.43.
Obr. 3.43: Příklad regulace procesu a monitorování emisí v elektrárnách /106, Sloss L. L.,
1997/
Analýzu monitorování lze uskutečnit přímým měřením ( tj. přímým testováním u zdroje) nebo
pomocí výpočtů zaloţených na měření provozních ukazatelů. U nových zařízení a v případě
podstatných změn u zařízení by se mohly k předběţnému odhadu emisí do ţivotního prostředí
pouţít emisní faktory.
Před prováděným měřením se můţe vytvořit plán monitorování, který počítá s(e):
reţimem provozu (náhlou poruchou nebo odstávkou zařízení, s omezenou dobou provozu
podle potřeby energie, např. při špičkovém a středním zatíţení zařízení a při základním
zatíţení nebo s plnou dobou provozu zařízení)
161
stavem provozu čištění odpadního plynu nebo provozu úpravny vypouštěné kapaliny
provozními podmínkami v závodě či u zařízení (provozy nepřetrţité (kontinuální),
přerušované, najíţděné a odstavované)
vlivem interference termodynamických faktorů
Tyto faktory tvoří základnu pro volbu následujících provozních podmínek:
- při nichţ se mohou zaznamenat nejvyšší emise;
- pro výběr počtu měření a doby trvání;
- pro volbu nejvhodnější metody měření;
- pro stanovení polohy měřících míst a charakteristických měřících bodů;
u znečišťujících látek v odpadní vodě se mohou pouţít specifikované nepravidelně
odebírané vzorky nebo 24 hodinové slité vzorky na bázi poměrného průtoku, nebo vzorky
odebrané za průměrnou dobu.
V kontinuálních provozech je obvykle potřebnou minimální dobou pro odebrání vzorků nebo
pro měření půlhodina nebo hodina ( střední hodnota za půlhodinu). Při stanovení substancí
jako jsou PCDD/PCDF (polychlorované dibenzo-dioxiny/ polychlorované dibenzo-furany),
můţe být třeba delších dob měření a následně i jiné referenční doby z důvodů detekční meze.
U kontinuálního provozu, kde existují pouze lehké odchylky v charakteristikách emisí, se
mohou provést tři jednotlivá měření při nejvyšší hladině emisí. Vzorkování nebo měření se
provádí pouze během provozu zařízení a bez ředění vzduchem.
3.14.4.1 Kontinuální monitorování
Obecně jsou přímá měření nejpřesnějšími metodami a při monitorování emisí se preferují.
Kontinuálně je moţné monitorovat emise velkého počtu sloţek v plynech nebo v odpadní
vodě a v několika případech se mohou nepřetrţitě zaznamenávat přesné koncentrace
(mg/Nm3, ppm, nebo mg/l) nebo střední hodnoty za časové intervaly, které jsou odsouhlaseny
(za půl hodinu, za den, atd.). Podmínkou pro uskutečnění je to, aby byla k dispozici dobrá
stávající infrastruktura a vyškolený provozní personál (pro metody kalibrace atd.) V těchto
případech poskytuje analýza průměrů a vyuţití percentilů flexibilní metodu při prokazování
souladu s podmínkami povolení.
Při volbě přístrojového vybavení je třeba počítat s počátečními rozdíly hodnot například při
přetlaku nebo podtlaku ve spalinách, při kolísání tlaku a teploty spalin atd. V těchto případech
se dává přednost jednotlivým měřením např. jednou za rok, případně jednou za šest měsíců.
3.14.4.2 Jednorázová měření (diskontinuální)
V případě, kdy se kontinuální měření nedá v praxi uskutečnit, bude hodnota průměrem za
období vzorkování. Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě se často udávají jako
celkové rozpustné a nerozpustné látky.
162
3.14.4.3 Odhady emisí zaloţené na měření provozních parametrů
K tomu, aby se vyčíslily skutečné emise, není vţdy nutné měřit přímé emise ze zdroje. U
zdrojů, které mají poměrně vysoce kvalitní emisní faktory nebo předběţné emisní algoritmy,
které se zjistily u předpokládaných emisí s vysokým stupněm přesnosti za charakteristického
rozmezí provozních podmínek, se mohou emise monitorovat tak, ţe se tyto provozní
charakteristiky shromaţďují a zpracovávají /1, Corinar, 1996/. Pouţitím odpovídajícím
způsobem stanovených emisních faktorů se mohou získat spolehlivější a úplnější údaje,
pokud jde o celkové emise, neţ několika bodovými vzorky/měřením.
Předpokládané systémy monitorování emisí se značně vyuţívají u plynových turbin ke
stanovení úniku NOx/CO/CO2. Tyto systémy jsou spojeny s počitačem a zaznamenáváním
řady provozních proměnných, jakými jsou např. průtok paliva, teplota spalování, okolní tlak a
teplota atd.. Parametry se potom zpracují pomocí pro kaţdé zařízení specifických algoritmů a
odvodí se koncentrace a hmotnostní toky příslušných znečišťujících látek, které unikají do
ovzduší. Systémy se obvykle jednou ročně kalibrují a prokázalo se, ţe jsou velmi přesné.
Existují rovněţ značkové soupravy a některé z nich jsou komerčně dostupné.
K odhadu sloučenin jako je SO2 a CO2 a prvků jako jsou kovy i dalších emisí, které se sledují
na základě uplatňování předpisů na ochranu ţivotního prostředí, se můţe pouţít, měří-li se
prosaz paliva, jeho analýzy. Přítomnosti určitých prvků jako je síra a kovy v palivu se můţe
potom vyuţít k výpočtu jejich obsahu v tocích surového plynu /2, ESAA, 1999/.
Předpokládaná úplná přeměna síry na emise SO2, například u spalování oleje, se můţe
vypočítat z obsahu síry přítomné v oleji.
3.14.4.4 Emisní faktory
Nejsou-li k dispozici ţádné naměřené údaje, mohou se k předběţnému odhadu emisí
z velkých spalovacích zařízení pouţít také emisní faktory. Emisní faktory se mohou zakládat
buď na spotřebě paliva (g/t spotřebovaného paliva), nebo spotřebě energie (g/GJ příkonu
energie). Spalovací závod se můţe pojmout buď jako celek ( bez ohledu na druh a velikost
jednotlivých kotlů) nebo po sloţkách tj. podle kapacity jednoho kotle za druhým. Rozdíly
v projektech a provozu kotlů, v pouţitých palivech a/nebo stávající instalované regulaci
vyţadují různé emisní faktory. Totéţ se uplatňuje u plynových turbin a stacionárních motorů.
Ke stanovení emitovaného mnoţství znečišťující látky za pouţití emisního faktoru je také
nutné mít informace o jmenovitém výkonu zařízení. Jmenovitý výkon a emisní faktor se musí
u závodu se soustavou zařízení stanovit ve stejné výši (tj. pro závod jakoţto celek, nebo pro
jeden kotel za druhým) za pouţití dostupných údajů ( např. spotřeby paliva).
Pro jmenovitý výkon se pouţívá příkonu energie (GJ), ale v zásadě lze uplatnit i jiné vztahy.
Pro získání emisních faktorů se navrhují dva různé přístupy:
Všeobecný emisní faktor: Všeobecný emisní faktor je střední hodnota pro definované
kategorie kotlů, která počítá s opatřením k omezení emisí (primárním a sekundárním).
Všeobecný emisní faktor se vztahuje pouze k typu pouţitého paliva a lze uplatnit na všechny
uvaţované znečišťující látky vyjma SO2. Na SO2 se nemůţe uplatnit, protoţe pro vlastní
stanovení emisí SO2 je potřeba znát obsah síry v palivu. Všeobecné emisní faktory by se
měly pouţívat pouze ( jako předběţné opatření) tam, kde nejsou k dispozici ţádné specifické
technické údaje.
163
Specifický emisní faktor: Specifický emisní faktor je hodnota definovaná pro jednotlivé
kotle, která počítá s opatřením k omezení emisí (primárním nebo sekundárním). Specifický
emisní faktor se vztahuje k jednotlivým charakteristikám paliva (např. obsahu síry v palivu) a
ke specifickým parametrům technologie.
V zásadě by se pro stanovení emisních faktorů měly pouţít, pokud jsou k dispozici, údaje
specifické pro zařízení. Kaţdý emisní faktor, údaje o výkonu a výrobě spadají podle
hodnocení jakosti do klasifikační třídy podle následujících definic. Podle /1, Corinair, 1996/
se uplatňují následující směrnice:
A předběţný výpočet (odhad) zaloţený na velkém počtu měření provedeném u velkého
počtu zařízení, která plně representují odvětví
B předběţný výpočet zaloţený na velkém počtu měření provedeném u velkého počtu
zařízení, která představují velkou část odvětví
C předběţný výpočet zaloţený na počtu měření provedeném u malého počtu
charakteristických zařízení, nebo technické posouzení zaloţené na počtu relevantních
skutečností
D předběţný výpočet zaloţený na jednorázovém měření nebo na technických výpočtech
odvozených z řady relevantních skutečností a některých předpokladů
E odhad zaloţený na technických výpočtech odvozených pouze z předpokladů
Další podrobnosti k informacím o odhadech emisí, kdy se vyuţívá emisních faktorů a celkové
hodnocení jakosti při kombinaci různých jakostních tříd, například pro emisní faktor a výkon,
lze nalézt v publikaci EMEP/CORINAIR Atmospheric Emission Inventory Guidebook
/ 1, Corinair, 1996/.
3.14.5 Sdělování údajů o emisích
Všechny zprávy o měření a protokoly o měření musí být v souladu s příslušnými předpisy
státu a s mezinárodními směrnicemi.
Zpráva běţně obsahuje:
cíl monitorovací akce
obecné informace o měření
popis zařízení, jeho stav a provozní údaje
provozní podmínky během měření
informace o plánovaném měření
podrobnosti o vzorkovacích místech
popis metod měření
tabelární presentace jednotlivých měření včetně teplot, průtokové rychlosti plynu nebo
průtokových objemů
vyhodnocení výsledků
posouzení chyb
předloţení opatření o zajištění jakosti a
shrnutí
164
3.15 Nástroje vedení podniku k ochraně ţivotního prostředí
Popis: Nejlepších výsledků v ochraně ţivotního prostředí se obvykle dosáhne pořízením
nejlepší technologie a jejího co nejúčinnějšího a dobře fungujícího provozování. Vyjadřuje to
definice „techniky“ ve směrnici IPPC a to „ jak pouţitou technologii, tak i způsob, kterým je
zařízení vyprojektováno, postaveno, udrţuje se, provozuje a bude odstaveno“.
Pro zařízení spadající pod IPPC je nástrojem, který mohou provozovatelé vyuţívat Systém
řízení s ochranou ţivotního prostředí (EMS), který se dotýká těchto problémů u projektu,
stavby, údrţby, provozu a odstavení zařízení z provozu a to systematickým prokazatelným
způsobem. EMS zahrnuje organizační strukturu, odpovědnosti, praktické provedení, způsob
práce, postupy a zdroje pro rozvíjení, zavádění, udrţování, revidování a monitorování politiky
ochrany ţivotního prostředí. Systémy řízení s ochranou ţivotního prostředí jsou nejúčinnější a
dobře fungují tam, kde tvoří nedílnou součást celého vedení a provozu zařízení.
V rámci Evropské unie se mnoho organizací rozhodlo na základě dobrovolnosti zavést
systémy řízení s ochranou ţivotního prostředí na bázi EN ISO 14001:1996 nebo EMAS
(plán řízení s ohledem na ţivotní prostředí a audit). EMAS obsahuje poţadavky na systém
řízení podle EN ISO 14001, ale klade navíc důraz na právní soulad, působení provozu na
ţivotní prostředí a na spolupráci zaměstnanců; vyţaduje také externí ověření systému řízení a
platnosti zveřejněného prohlášení o zavádění systému (v EN ISO 14001 je vlastní prohlášení
alternativou k externímu ověření). Existuje také mnoho organizací, které se rozhodly přijmout
nestandardní EMS.
Zatímco jak oba standardizované systémy (EN ISO 14001: 1996 a EMAS), tak nenormované
(„zvykové“) systémy pojímají v zásadě organizaci jako subjekt, vykazuje tento dokument
pouze omezenější přístup, nedotýká se veškerých činností organizace, např. pokud jde o jejich
výrobky a sluţby, s ohledem na skutečnost, ţe regulovaným subjektem podle směrnice IPPC
je zařízení ( podle definice článku 2).
EMS pro zařízení podléhající IPPC můţe obsahovat následující sloţky:
(a) definici politiky k ochraně ţivotního prostředí
(b) naplánování a stanovení cílů a cílových hodnot
(c) zavádění a provozní postupy
(d) kontrolu a nápravné opatření
(e) revizi řízení
(f) vypracování pravidelného prohlášení týkajícího se ţivotního prostředí
(g) platnost podle certifikačního orgánu nebo externího ověřovatele EMS
(h) plán opatření pro vyřazení zařízení z provozu po ukončení doby jeho ţivotnosti
(i) vývoj čistších technologií
(j) porovnání s počátečním stavem
Tyto charakteristiky jsou dále vysvětleny poněkud podrobněji. Podrobné informace o
sloţkách (a) aţ (g), jeţ všechny jsou zahrnuty do EMAS, najde uţivatel dokumentu v
odkazech na literaturu uvedenou dále.
165
(a) Definice politiky k ochraně ţivotního prostředí
Vrcholové vedení je odpovědné za definování politiky na ochranu ţivotního prostředí týkající
se zařízení a zajišťuje, ţe:
je přiměřená, pokud jde o povahu činností, jejich rozsah a dopad na ţivotní prostředí
zahrnuje závazek k prevenci a sniţování znečištění
zahrnuje závazek dosáhnout souladu s veškerou příslušnou legislativou a předpisy,
které se uplatňují při ochraně ţivotního prostředí a s dalšími poţadavky, které
organizace odsouhlasila
poskytuje rámec pro stanovení a revizi cílů a cílových hodnot k ochraně ţivotního
prostředí
je zdokumentovaná a prodiskutovaná se všemi zaměstnanci
je k dispozici veřejnosti a všem zainteresovaným stranám.
(b) Plánování znamená
postupy pro identifikaci aspektů ochrany ţivotního prostředí u zařízení, při určování
takových činností, které mají nebo mohou mít značné dopady na ţivotní prostředí a
aktualizaci těchto informací
postupy pro identifikaci a přístup k právním i jiným poţadavkům, které organizace
odsouhlasila svým podpisem a které lze u jejích činností uplatnit na ochranu
ţivotního prostředí
stanovení a revize zdokumentovaných cílů a cílových hodnot na ochranu ţivotního
prostředí, při zohlednění právních a jiných poţadavků a stanovisek zainteresovaných
stran
stanovení a pravidelné aktualizování programu vedení na ochranu ţivotního prostředí
včetně určení odpovědnosti za dosaţení cílů a cílových hodnot u kaţdé příslušné
funkce a úrovně řízení, stejně jako za prostředky a časový rámec, v němţ jich musí
být dosaţeno
(c ) Zavádění a provozní postupy
Je důleţité mít takové systémy provozu, aby se zajistilo, ţe pracovníci budou postupy znát,
pochopí je a přijmou je za své, proto také k účinnému řízení s ochranou ţivotního prostředí
patří:
(i ) Struktura a odpovědnost
úloha definovat, dokumentovat a komunikovat, určit odpovědnost a pravomoce, coţ
znamená jmenovat jednoho speciálního představitele vedení
obstarávat zásadní zdroje k zavádění a regulaci systému řízení s ochranou ţivotního
prostředí včetně lidských zdrojů a odborných specialistů, technologie a finančních
zdrojů
(ii) Proškolování, uvědomování a kompetence
identifikovat nutnost proškolování, aby se zajistilo, ţe veškerý personál, který
pracuje a můţe výrazně ovlivnit dopady z činnosti na ţivotní prostředí, prošel
příslušným školením
166
(iii) Komunikování
stanovit a udrţovat způsoby vnitřní komunikace týkající se zařízení a to mezi
různými úrovněmi řízení a funkcemi, stejně jako postupy, které podporují dialog s
externími zainteresovaným stranami a postupy pro přijímání i dokumentování a tam,
kde je to důvodné, odpovídat na příslušná sdělení externích zainteresovaných stran
(iv) Zohlednění zaměstnanců
začlenit zaměstnance do procesu je záměrem k dosaţení vysoké úrovně vykonávání
pracovní funkce s ohledem na ochranu ţivotního prostředí při uplatnění vhodných
forem spolupráce, jako je systém evidence předloţených návrhů nebo skupinové
práce na projektech, nebo výbory pro ţivotní prostředí
(v) Dokumentace
zpracovat a aktualizovat informace v listinné nebo elektronické podobě, a to popisem
zásadních prvků systému řízení a jejich vzájemného propojení a poskytnout instrukce
k související dokumentaci
(vi) Účinná regulace procesu
regulovat proces odpovídajícím způsobem při všech reţimech provozu, tj. přípravě,
najetí, rutinním provozu, odstavení a mimořádných podmínkách
identifikovat klíčové ukazatele provozu a metody měření a tyto parametry regulovat
( např. průtok, tlak, teplotu, sloţení a mnoţství)
dokumentovat a analyzovat mimořádné provozní podmínky, aby se mohly
identifikovat původy příčin a potom se na ně zaměřit, aby se zajistilo, ţe se události
nebudou opakovat (to lze usnadnit přístupem „bez zavinění“) tam, kde je identifikace
příčin důleţitější, neţ přiřčení viny jednotlivcům)
(vii) Program údrţby
stanovit strukturovaný plán údrţby zaloţený na technických popisech strojního
vybavení, norem atd., stejně jako jakýchkoliv poruch strojního vybavení a jejich
následků
podporovat plán údrţby vhodnými systémy uchovávání záznamů a diagnostickými
testy
přiřadit jasnou odpovědnost za plánování a provádění údrţby
(viii) Pohotovostní připravenost a reakce
stanovit metody údrţby s identifikací moţnosti havárií a reakcí na ně i stavů
pohotovosti i pro prevenci a zmírnění dopadů na ţivotní prostředí, které s nimi
mohou souviset
(c) Kontrola a nápravná opatření, tj.
( i ) Monitorování a měření
stanovit a udrţovat dokumentaci postupů při pravidelném monitorování a měření
klíčových charakteristik provozů a činností, které mohou mít značný dopad na ţivotní
prostředí včetně zaznamenávání informací ze sledování provozu, příslušných
provozních regulací a souladu s cíli a cílovými hodnotami dotyčného zařízení, které
se vztahují k ţivotnímu prostředí (viz také Referenční dokument o monitorování
emisí)
167
stanovit a uchovávat dokumentovaný postup pro periodické hodnocení souladu s
odpovídající legislativou a předpisy k ochraně ţivotního prostředí
(ii) Nápravná a preventivní opatření
stanovit a zachovávat postupy při definování odpovědnosti a pravomocí při vedení
provozu a průzkumu nesouladu s podmínkami povolení, jinými právními poţadavky,
stejně jako cíli a cílovými hodnotami a přijmout opatření ke zmírnění jakýchkoliv
způsobených dopadů a k podnícení a realizaci nápravných a preventivních akcí, které
jsou přiměřené velikosti problému a úměrné dopadu na ţivotní prostředí, ke kterému
došlo
(iii) Záznamy
stanovit a zachovávat postupy pro identifikaci, údrţbu a disponibilitu na čitelných
prokazatelných a sledovatelných záznamech o ţivotním prostředí, včetně záznamů o
proškolování a záznamech výsledků auditů a revizí
(iv) Audit
stanovit a udrţovat program(y) a postupy periodických auditů systému řízení
s ohledem na ţivotní prostředí, které zahrnují diskuze se zaměstnanci, kontrolu
provozních podmínek a strojního vybavení a revizi záznamů a dokumentace.
Tyto výsledky je nutno zachytit do písemné zprávy zpracované zaměstnanci
nestranně a objektivně (interní audity) nebo při zpracování externími stranami
(externí audity), coţ se týká rozsahu auditu, frekvence a metodik, stejně jako
odpovědností a poţadavků na vedení auditů a sdělování výsledků tak, aby se určilo,
zda je systém řízení s ochranou ţivotního prostředí v souladu s naplánovaným
uspořádáním a je náleţitě zaveden a udrţuje se
uskutečnit audit, nebo případně cyklus auditů v intervalech ne delších neţ 3 roky v
závislosti na povaze, rozsahu a sloţitosti činností, významu doprovodných dopadů na
ţivotní prostředí, na základě důleţitosti a naléhavosti problémů zjištěných při
předchozích auditech a na problémech ţivotního prostředí v minulosti, přičemţ
sloţitější činnosti s výraznějším dopadem na ţivotní prostředí podléhají auditu častěji
ustavit vhodné mechanismy v daném místě, které by zajistily, ţe se výsledky auditu
budou pozorně sledovat
(v) Periodické vyhodnocení souladu s právem
prověřit soulad s uplatněnou legislativou pro ţivotní prostředí a podmínkami
povolení, které má zařízení k provozu s ohledem na ţivotní prostředí
vyhodnocení dokumentace
(d) Revize řízení, tj.
prověřit systém řízení s ochranou ţivotního prostředí vrcholovým vedením v
intervalech, které si určí, aby se zajistila nepřetrţitá vhodnost systému, přiměřenost a
účinnost
zajistit, aby se shromaţďovaly potřebné informace, aby se vedení umoţnilo provádět
toto vyhodnocení
revize dokumentace
168
(e) Vypracování pravidelného prohlášení týkajícího se ţivotního prostředí
připravit prohlášení o ţivotním prostředí, které věnuje zvláštní pozornost výsledkům,
které se u zařízení dosáhly ve srovnání s jeho cíli a cílovými hodnotami pro ochranu
ţivotního prostředí. To se provádí pravidelně - jednou ročně, nebo méně často podle
významu emisí, tvorby odpadů atd. Zohledňuje potřeby informovat příslušné
zainteresované strany a je dostupné veřejnosti (např. v elektronické podobě, v
knihovnách atd.)
k vypracování prohlášení můţe provozovatel pouţít příslušné stávající indikátory
působení na ţivotní prostředí, přičemţ zajistí, aby vybrané indikátory:
udávaly přesné vyhodnocení výkonu zařízení
byly srozumitelné a jednoznačné
umoţňovaly porovnání z roku na rok, aby se posoudil vývoj působení zařízení na
ţivotní prostředí
umoţňovaly porovnání se stanovenými referenčními hodnotami na úrovni
odvětví, případně státu nebo regionu
umoţňovaly případně porovnání s poţadavky regulace
(f) Platnost podle certifikačního orgánu nebo externího ověřovatele EMS
při zavedení systému řízení můţe postup auditu a ověřené prohlášení týkající se
ţivotního prostředí a potvrzené akreditovaným certifikačním orgánem nebo externím
ověřovatelem EMS zvýšit důvěryhodnost systému, pokud se provede jak náleţí
(g) Plán opatření pro odstavení zařízení při ukončení jeho ţivotnosti
věnuje-li se pozornost dopadům na ţivotní prostředí jiţ v etapě projektování nového
zařízení, pak při potřebném odstavení jednotky je předem rozváţené odstavení
snadnější, čistší a levnější
odstavení znamená rizika pro ţivotní prostředí v podobě kontaminace půdy ( a spodní
vody) a vytvoří velké mnoţství pevného odpadu. Techniky prevence jsou pro kaţdý
proces specifické, ale obvyklá opatření mohou znamenat potřebu:
- vyhnout se podzemním konstrukcím
- zařadit aspekty, které usnadňují demontáţ
- vybrat si k realizaci povrch, který se snadno dekontaminuje
- vyuţít uspořádání strojního vybavení, které minimalizuje úniky chemikálií a
usnadňuje odvodnění nebo vypírání
- projektovat pruţné samostatné jednotky, které umoţňují uzavírání po etapách
- vyuţít, tam, kde je to moţné, biologicky odbouratelných a recyklovatelných
materiálů
(h) Vývoj čistších technologií
ochrana ţivotního prostředí by měla být neodmyslitelným charakteristickým rysem
jakéhokoliv procesu projektování činností, které provozovatel provádí, protoţe
techniky začleněné do nejčasnějšího stádia projektu jsou jak účinnější, tak levnější.
169
Věnovat pozornost vývoji čistších technologií lze například prostřednictvím činností
výzkumu a vývoje nebo studiemi. Jako alternativa k činnostem prováděným v závodě
se můţe případně zavést smluvní uspořádání, práce prováděná na zakázku jinými
provozovateli nebo výzkumnými institucemi, které podnikají v příslušné oblasti
(j) Referenční hladiny, tj.:
provádí se systematické a pravidelné porovnávání aktuálních hodnot týkajících se
účinnosti energie a energetických úspor u činností, zvolených vstupních materiálů,
emisí do ovzduší a vypouštěných znečišťujících látek do vody (například za pouţití
Evropského registru emisí znečišťujících látek- EPER), spotřeby vody a tvorby
odpadu s referenčními hodnotami na úrovni odvětví, státu nebo regionu
Standardizované a nestandardizované EMS
EMS můţe přijmou podobu systému, který je předmětem nějaké normy, tedy je
standardizovaný, nebo se jedná o systém tzv. „zvykový“, neošetřený normou. Zavedení a
lpění na mezinárodně schválených standardizovaných systémech jako je EN ISO 14001:1996
můţe poskytnout EMS vyšší důvěryhodnost, zejména tehdy, kdyţ se podrobilo náleţitě
provedenému externímu ověření. EMAS poskytuje navíc důvěryhodnost následkem vzájemné
součinnosti s veřejností prostřednictvím prohlášení k ţivotnímu prostředí a mechanismu k
zajištění souladu s uplatněnou legislativou k ochraně ţivotního prostředí. Ale systémy bez
standardizace mohou být v zásadě rovněţ efektivní za předpokladu, ţe jsou náleţitě navrţeny
a zavedeny.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Zavedení a lpění na EMS soustřeďuje pozornost
provozovatelů na působení zařízení na ţivotní prostředí. Zejména údrţba a soulad s jasnými
provozními postupy jak za situací běţných, tak mimořádných a přidělené stupně odpovědností
by měly zajistit, aby se podmínky povolení k provozu zařízení a další cílové hodnoty a cíle na
ochranu ţivotního prostředí pokaţdé splnily.
Systémy řízení s ochranou ţivotního prostředí jsou předpokladem zajištění nepřetrţitého
zlepšování dopadu zařízení na ţivotní prostředí. Čím horší je provoz na počátku, tím se můţe
očekávat značnější zlepšení v krátkodobém horizontu. Pokud má zařízení jiţ celkové dobré
provedení s ohledem na ţivotní prostředí, napomáhá systém provozovateli udrţet vysokou
úroveň výkonu.
Přenos vlivů z prostředí do prostředí: Techniky řízení s ochranou ţivotního prostředí se
projektují se zřetelem k celkovému dopadu na ţivotní prostředí, coţ je v souladu s
integrovaným přístupem podle směrnice IPPC.
Provozní údaje: neuvádějí se ţádné speciální informace.
Pouţitelnost: Výše popsané sloţky se mohou běţně uplatnit u všech zařízení podléhajících
IPPC. Rozsah (např. úroveň podrobností) a forma EMS ( např. normované nebo
nenormované) bude obecně souviset s povahou, rozsahem a sloţitostí zařízení a mírou
dopadů, které můţe mít na ţivotní prostředí.
170
Ekonomika: Je těţké přesně stanovit náklady a ekonomické přínosy spojené se zavedením a
udrţováním správného EMS. Dále se uvádí řada studií. To jsou ale příklady a jejich výsledky
nejsou vţdy zcela logické. Nemusí být representativní pro všechna odvětví napříč EU a mělo
by se s nimi pracovat opatrně.
Švédská studie zpracovaná v roce 1999 uvedla v přehledu všech 360 společností ve Švédsku,
které mají certifikát podle ISO a jsou registrovány na EMAS. U 50 % odpovědí se vyskytuje
mezi jinými záleţitostmi následující:
výdaje na zavedení a provozování EMS jsou vysoké, ale ne neuskutečnitelné, tedy se
uspoří v případě velmi malých společností. Očekává se, ţe v budoucnosti se výdaje sníţí.
vyšší stupeň koordinace a integrace EMS s dalšími systémy řízení se povaţuje za
moţnou cestu ke sníţení nákladů
polovina ze všech cílů a cílových hodnot k ochraně ţivotního prostředí udává návratnost
v rámci 1 roku prostřednictvím úspor nákladů a /nebo zvýšených výnosů
největší úspory nákladů se uskutečnily pomocí sníţených výdajů za energii, úpravu
odpadu a suroviny
většina společností si myslí, ţe se jejich postavení na trhu pomocí EMS posílí. Třetina
společností sděluje, ţe se následkem EMS zvýšily výnosy.
V některých členských státech se sníţily poplatky za inspekci, pokud má zařízení certifikaci.
Řada studií5 ukazuje, ţe existuje nepřímá úměra mezi velikostí společnosti a náklady na
zavedení EMS. Podobný inversní vztah existuje u doby návratnosti investovaného kapitálu.
Oba prvky znamenají méně příznivý vztah mezi náklady a přínosy při zavádění EMS v
malých a středních podnicích oproti společnostem větším.
Podle švýcarské studie se mohou průměrné náklady na vybudování a provoz lišit:
u společnosti s počtem zaměstnanců mezi 1 - 49 jsou: 64 000 CHF (44 000 EUR) na
vybudování EMS a 16 000 CHF (11 000 EUR)/rok na provoz
v sídle průmyslu s více neţ 250 zaměstnanci jsou náklady: 367 000 CHF (252 000 EUR)
na vybudování EMS a 155 000 CHF (106 000 EUR)/rok na jeho provozování
Tyto průměrné hodnoty nejsou nutně representativní skutečné náklady u daného
průmyslového závodu, protoţe tyto náklady jsou také značně závislé na počtu významných
poloţek ( na znečišťujících látkách, spotřebě energie, atd..) a na sloţitosti problémů, coţ je
třeba prostudovat.
___________________________________ 5 Například Dyllick a Hamschmidt (2000, 73 ) citovaní H. Klemischem a R. Holgerem v
Umweltmanagementsysteme in kleinen und mittleren Unternehmen - Befunde bisheriger
Umsetzung, KNI Papers 01/02, leden 2000, str. 15; Clausen J., M. Keil a M. Jungwirth:
Stav EMAS v EU. Řízení s ohledem na ţivotní prostředí jako nástroj udrţitelného rozvoje -
rešeršní studie, Institute for Ecological Economy Research (Ústav pro ekologicko-
ekonomický výzkum) (Berlin) and Ecologic - Institut for International and European
Environmental policy (Ústav pro mezinárodní a evropskou politiku ochrany ţivotního
prostředí) (Berlín, 2002, str. 15)
171
Současná německá studie / 169, Schaltegger a Warner, 2002/ vykazuje následující náklady na
EMAS u různých odvětví. Lze si povšimnout, ţe tato čísla jsou mnohem niţší neţ ta ze
švýcarské studie uvedená výše. Zde se potvrzují potíţe při stanovení nákladů na EMS.
Náklady na vybudování (EUR)
minimální - 18 750
maximální - 75 000
průměrné - 50 000
Náklady na potvrzení platnosti (EUR)
minimální - 5000
maximální - 12 500
průměrné - 6000
Německá studie provedená Institutem pro podnikatele /170, UNI/ASU, 1997/ podává
informace o průměrných úsporách dosaţených za rok při zavedení EMAS a průměrné době
návratnosti. Například při nákladech na zavedení ve výši 80 000 EUR se nalezly průměrné
úspory 50 000 EUR/rok, coţ odpovídá době návratnosti okolo 1 a 1/2 roku.
Externí náklady, které se vztahují k ověřování platnosti systému se mohou odhadovat z
pokynů vydaných Mezinárodním fórem pro akreditaci (http://www.iaf.nu)
Motivace pro zavedení: Systémy řízení s ochranou ţivotního prostředí (EMS) mohou
poskytnout řadu výhod, například:
dokonalejší pochopení aspektů ţivotního prostředí společnosti
dokonalejší základnu pro tvorbu rozhodnutí
zlepšenou motivaci zaměstnanců
dodatečné příleţitosti ke sníţení provozních nákladů a zlepšení jakosti výrobků
zlepšené působení na ţivotní prostředí
zlepšený obraz společnosti
sníţení zadluţenosti a nákladů na pojištění a nevyhovující stav
zvýšení atraktivnosti pro zaměstnance, zákazníky a investory
zvýšená důvěra inspektorů, coţ můţe vést ke sníţení dozoru inspekce
zlepšené vztahy s ekologickými skupinami
Příklady závodů: Charakteristiky popsané pod bodem (a) aţ (e) jsou prvky z EN ISO
14001:1996 a programu Evropské unie EMAS, zatímco charakteristiky (f) a (g) jsou
specifické pouze pro EMAS. Tyto dva standardizované systémy se uplatňují u řady zařízení
spadajících pod IPPC. Jako příklad lze uvést 357 organizací v EU z chemického průmyslu
(NACE kód 24), které byly registrovány na EMAS v červenci 2002, z nichţ většina provozuje
zařízení spadající pod IPPC.
Ve Velké Británii prováděla Agentura pro ţivotní prostředí (MŢP) Anglie a Walesu přehled u
zařízení regulovaných podle IPC (předchůdce IPPC) v roce 2001. Ukázalo se, ţe 32 %
respondentů bylo certifikováno na ISO 14001 ( coţ odpovídá 21 % všech zařízení pod IPC) a
7 % bylo registrováno na EMAS.
172
Všechny výrobny cementu ve Spojeném království (asi 20) je certifikováno podle ISO 14001
a většina má registraci EMAS. V Irsku, kde se k vydání licence u zařízení spadající pod IPC
vyţaduje zavedení EMS (nemusí být nutně podle standardizované formy), se odhaduje, ţe asi
100 z přibliţně 500 zařízení s licencí má zavedený EMS podle ISO 14001 a dalších 400
zařízení si zvolila nestandardizovaný EMS.
Odkaz na literaturu: /194,EC, 2002/
3.15.1 BAT pro řízení s ochranou ţivotního prostředí
Jako BAT se pro řízení s ochranou ţivotního prostředí ustanovila řada technik. Rozsah (např.
míra podrobností) a forma EMS (např. standardizované tj. podléhající normám nebo
nestandardizované, tj. nenormované) se budou obecně vztahovat k povaze, rozsahu a
sloţitosti zařízení a stupni dopadů, které můţe mít na ţivotní prostředí.
BAT je realizací a udrţováním EMS, který případně zahrnuje individuální podmínky a
následující charakteristiky (viz část uvedená výše), coţ je:
definice politiky ochrany ţivotního prostředí, kterou pro zařízení stanoví vrcholové vedení
(na přijatou povinnost vrcholového vedení se pohlíţí jako na předběţnou podmínku k
úspěšnému uplatnění dalších charakteristik EMS)
plánování a stanovení nezbytných postupů
uskutečňování postupů při věnování zvláštní pozornosti:
struktuře a odpovědnosti
školení, uvědomování a pravomoci
komunikování
začlenění zaměstnanců
dokumentaci
účinné regulaci procesu
programu údrţby
pohotovostní připravenosti a reakci
zabezpečení souladu s legislativou pro ţivotní prostředí
kontrola provádění a přijetí nápravných opatření, při věnování pozornosti zejména:
monitorování a měření (viz také Referenční dokument O monitorování emisí)
nápravné a preventivní akci
uchovávání záznamů
nezávislému vnitřnímu auditu (tam, kde se dá uskutečnit), aby se určilo, zda je systém
řízení s ochranou ţivotního prostředí (EMS) v souladu s plánovaným uspořádáním,
byl náleţitě zaveden a udrţuje se
revize provedená vrcholovým vedením
173
Za podpůrná opatření se povaţují tři další charakteristiky, které mohou doplnit výše uvedené
dílčí kroky. Jejich nepřítomnost ale není v rozporu s BAT. Těmito třemi dodatečnými kroky
jsou:
ověření platnosti systému řízení a postupu auditu a jeho potvrzení akreditovaným
certifikačním orgánem nebo externím ověřovatelem EMS
příprava a zveřejnění (i moţné externí potvrzení platnosti) pravidelného prohlášení
týkajícího se ţivotního prostředí s popisem veškerých pro ţivotní prostředí důleţitých
aspektů u daného zařízení, které umoţňuje rok po roce porovnání s cíly a cílovými
hodnotami na ochranu ţivotního prostředí, případně stejně jako s referenčními hladinami
pro dané odvětví
realizace a vazba na mezinárodně schválený dobrovolný systém jako je EMAS a EN ISO
14001:1996. Tento dobrovolný krok by mohl zavedením EMS poskytnout vyšší
důvěryhodnost. Zvláště u EMAS, který dává konkrétní podobu všem výše uvedeným
charakteristikám, poskytuje vyšší důvěryhodnost. Ale nestandardizované systémy mohou
být v zásadě stejně účinné za předpokladu, ţe jsou náleţitě navrţeny a zavedeny.
Speciálně pro průmyslové odvětví * je rovněţ důleţité, aby se zvaţovaly následující moţné
charakteristiky EMS a to ty, které:
zohledňují dopad eventuelního odstavení jednotky na ţivotní prostředí a to jiţ v době
přípravy projektu nového závodu
věnují pozornost vývoji čistších technologií
umoţňují tam, kde to lze prakticky realizovat, pravidelné porovnávání energetické
účinnosti a úspor energie z činností, vybraných vstupních materiálů, emisí do ovzduší,
vypouštěných znečišťujících látek do vody, spotřeby vody a tvorby odpadu s referenčními
hladinami pro dané odvětví.
3.16 Zavedení integrovaného přístupu k ochraně ţivotního prostředí jako celku
V následující části se probírá integrovaný přístup a to ze třech hledisek /59, Finnish LCP
WG, 2000/. Jedná se o:
společný vliv technik ke sniţování emisí různých znečišťujících látek prostřednictvím
podstatných charakteristik dotyčných procesů u velkých spalovacích zařízení
závislost výkonu daných regulačních technik při daných emisích znečišťujících látek jako
funkce vlivu na další oblasti ţivotního prostředí, energii, suroviny, vytvořené toky a na
jakost odpadních látek a hospodaření s nimi
potřebu nalézt přiměřenou vyváţenost mezi přínosy pro ţivotní prostředí ( sníţení emisí
různých znečišťujících látek), přenosem vlivu z jednoho prostředí do druhého a
finančními prostředky a spotřebou energie.
174
Příkladem vzájemného ovlivňování znečišťujících látek z velkých spalovacích zařízení je
vzájemná závislost mezi emisemi NOx z nízkoemisních hořáků, nespáleným uhlíkem, CO a
uhlovodíky. Pokusy s minimalizací tvorby NOx prokázaly, ţe v určitých bodech dochází k
rychlému nárůstu nespálených frakcí paliva. To nejen sniţuje účinnost spalování, ale také
vytváří nové znečišťující látky, CO a nespálené uhlovodíky, které se nemohou odstranit ze
spalin za přijatelných nákladů. Kromě toho vyvolává na druhou stranu limit 5 % nespáleného
uhlíku v popílku nutnost ukládat popílek na skládku, protoţe se uţ nedá recyklovat do
cementu nebo ve stavebním průmyslu.
Dalším příkladem je závislost tvorby NOx a N2O na teplotě spalování ve fluidním loţi.
Tvorba NOx se můţe minimalizovat sníţením teploty spalování ve fluidním loţi, ale v
určitém bodě se začíná zvyšovat podíl tvorby N2O. Musí se nalézt kompromis mezi teplotami
spalování a provést posouzení, kdy lze dosáhnout celkově nejlepší vyváţenosti. Kromě oxidů
dusíku se teplotou loţe při fluidním spalování ovlivní i záchyt síry v přidávaném vápenci.
Ještě dalším případem je katalytická redukce NOx. Přestoţe poskytuje účinný prostředek ke
sníţení emisí NOx, dochází k nízkým emisím čpavku (strhávání čpavku) do ţivotního
prostředí. Navíc vytváří přeprava, manipulace a skladování čpavku sama o sobě riziko pro
ţivotní prostředí. Riziko je menší u menších zařízení, kde se obvykle pouţívá vodného
roztoku čpavku, ale u velkých zařízení, kde se vyuţívá zkapalněný čpavek, mohou mít
důsledky havárie tvrdý dopad.
Kdyţ se uvaţuje o výkonu technik ke sniţování znečištění a porovnají se finanční náklady na
vyuţití těchto technik, stejně jako poţadavky na energii a suroviny a potřebu manipulovat s
vytvořenými odpadními látkami, je obecným pravidlem mnoha technik, ţe lepších výsledků
je moţno dosáhnout při investování více peněz. Příkladem je sníţení síry v kotlích při
spalování ve fluidním loţi. Stupeň zachycení síry v přídavku vápence do fluidního loţe se
zlepšuje s růstem přebytku vápence. Proto vysoké sníţení síry zároveň vyţaduje zvýšené
vyuţití vápence. To naopak znamená vyšší mnoţství popela někde na skládce. Jak vyuţití
vápence, tak zvýšené mnoţství popela je pro ţivotní prostředí neţádoucím vedlejším účinkem
zvýšeného záchytu síry v kotli při spalování ve fluidním loţi.
Jiným následkem vysokého obsahu vápníku v popelu můţe být, ţe se stane popel
neprodejným. Situace s ohledem na spotřebu Ca je kvalitativně podobná odsíření spalin
polosuchou metodou.
U odsiřování mokrou metodou není přebytku vápníku zapotřebí. Navíc jej nelze vyuţívat,
pokud se vyţaduje, aby konečný produkt sádrovec měl komerčně vyuţitelnou jakost. Ale k
dosaţení větší účinnosti odsíření je třeba většího vypíracího reaktoru a spotřebovává se více
energie v okruţních čerpadlech pro vypírací suspenzi, v sacích ventilátorech spojených s
pračkou a v začleněných výměnících tepla. Kdyţ se vyţaduje vysoké sníţení síry, je zvýšení
spotřeby Ca a tvorba sádrovce malá, ale spotřebuje se více elektrické energie a tedy se uvolní
více CO2 do atmosféry.
Účinnost odstranění pevných částic jak elektrostatickým odlučovačem, tak v tkaninových
filtrech čistíren plynu se můţe zvyšovat téměř stále zvyšováním velikosti a tedy také nákladů
na strojní vybavení. Pokud jde o selektivní katalytickou redukci NOx, jsou podmínky
analogické: přidáním více katalytických prvků lze dosáhnout lepší redukce a niţšího úniku
čpavku.
175
4 Techniky spalování černého a hnědého uhlí
Současná situace ve velkých spalovacích závodech EU na černé a hnědé uhlí, která se týká
výkonu, počtu jednotek a stáří zařízení znázorňují obr. 4.1 aţ 4.4
Obr. 4.1: Elektrárny na černé a hnědé uhlí v zemích EU-15
/110, Karkaras a Grammelis, 2000/
Obr. 4.2: Výkon a stáří elektráren na černé a hnědé uhlí v zemích EU-15
/110, Karkaras a Grammelis, 2000/
176
Obr. 4.3: Procentuelní podíl elektráren na černé a hnědé uhlí v zemích EU na celkovém
výkonu /110, Karkaras a Grammelis, 2000/
Obr.4.4: Průměrné stáří elektráren na černé a hnědé uhlí v 15 zemích EU
/110, Karkaras a Grammelis, 2000/
4.1 Pouţívané postupy a techniky
Ve většině zemí jsou páteří systémů výroby elektřiny kondenzační elektrárny na bázi
fosilního paliva, spalující černé a hnědé uhlí. V této části kapitoly se poskytují informace o
postupech a technikách, které se vyuţívají ve velkých spalovacích zařízeních na černé a hnědé
uhlí.
177
4.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s černým a hnědým uhlím a aditivy
4. 1.1.1 Černé a hnědé uhlí
Pevná paliva jako je černé a hnědé uhlí se dodávají po lodích, ţeleznicí a na tahačích,
v závislosti na dané přepravní vzdálenosti a systémech dopravy, které jsou k dispozici
v dolech a v místech velkého spalovacího zařízení. Vykládka probíhá běţně pomocí pásových
dopravníků. Velká spalovací zařízení poblíţ dolů nebo přístavů se mohou také zásobovat
palivem přímo z dolu nebo přístavu soustavou pásových dopravníků.
Černé a hnědé uhlí se běţně skladuje na hromadách v otevřených prostorách ( uhelné dvory)
s kapacitou skladovacích zásob od několika dnů aţ po tři měsíce a v několika případech se
dokonce dodává zásoba aţ pro 1 roční provoz. Tato přídavná skladovací kapacita napomáhá
zabezpečení dodávky paliva, protoţe se sniţuje závislost na logistice dopravy. Kapacita
skladovacího zařízení závisí na různých ukazatelích, jako jsou např. ceny paliva a jeho
dostupnost, organizace skladování ve společnosti, zabezpečení dodávek a klimatické
podmínky. Palivo se běţně dopravuje ze skladovacího prostoru do zařízení za pouţití
pásových dopravníků. Nárazový či rezervní sklad (např. uhelné zásobníky o kapacitě pro
několik hodin provozu obvykle od 4 do 24 hodin) existuje u velkého spalovacího zařízení
proto, aby pokryl potřebu v době, kdy není moţná přeprava z uhelného dvora.
Skladování a doprava paliva můţe způsobit tvorbu prachu. Z tohoto důvodu se mají otevřené
hromady skrápět vodou, aby se omezily emise jemných částic prachu, pokud není vlhkost uhlí
jiţ sama o sobě dost vysoká, takţe skrápění není zapotřebí. Během nakládání a vykládání
volně loţené haldy musí být výška pádu paliva na hromadu nebo mezi pásy dopravníku co
nejmenší, aby se zabránilo druhotným emisím prachu. V městských oblastech jsou přepravní
systémy často uzavřené a provozují se při tlaku niţším neţ je atmosférický, aby se
minimalizovaly fugitivní emise. Často se k čištění zachyceného vzduchu s rozptýlenými
částicemi paliva pouţívají tkaninové filtry.
U určitých pevných paliv je nyní předepsáno úplné uzavření během přepravy a skladování.
Je to například v případě naftového koksu, kdy by mohl unikat během dopravy a skladování
jemný prach, který má vyšší obsah niklu, vanadu a polycyklických aromatických uhlovodíků
(PAH).
4.1.1.2 Přísady a reakční činidla
U spalovacího zařízení se často pouţívají k různým účelům úpravy aditiva a reakční činidla.
Můţe se jich pouţít u zařízení ke sniţování emisí, jako jsou odsiřovací zařízení a ke sniţování
oxidů dusíku, stejně jako při úpravě odebírané vody i v úpravnách odpadní vody. Například se
chemická činidla pouţívají jako přísady k úpravě napájecí vody do kotle a do chladících
systémů se pouţívají i biocidy.
Dodavatel obvykle specifikuje vhodné skladování těchto materiálů. Protoţe reakční činidla
mohou reagovat i spolu navzájem, znamená to obvykle oddělené skladování i metody
manipulace prováděné s jakýmikoliv reakčními materiály.
178
Kapaliny se obvykle skladují ve válcovitých bubnech nebo nádrţích v otevřených nebo
uzavřených prostorách záchytné vany, také se pouţívají nádoby odolné kyselinám nebo
chemikáliím. Jemné práškové pevné materiály jako vápno se obvykle skladují v barelech nebo
pytlích uvnitř izolovaných sil s drenáţí. Pevné suroviny hrubší konsistence se často skladují
v otevřených skladovacích prostorách. K přepravě materiálů se pouţívají pneumatické nebo
mechanické systémy ( např. šroubové dopravníky, korečkové výtahy atd.).
Rozvod plynů v rámci stanice se běţně provádí vnitřním potrubím, které je umístěno nad zemí
s dobrými podpěrami, které jej chráni proti poškození. Skladování, manipulace a rozvod
kapalného nebo plynného čpavku, který se pouţívá ke sniţování emisí NOx při selektivní
katalytické a selektivní nekatalytické redukci se řídí předpisy pro ochranu zdraví a
bezpečnost.
4.1.2 Předběţná úprava černého a hnědého uhlí
Pečlivé třídění uhlí je účinnou cestou ke sniţování emisí do ovzduší i vody a omezování
zbytkových odpadů. Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, aby komerčně dodávané nebo
dováţené uhlí, kterého se pouţívá jako paliva, mělo nízký obsah síry a popelovin. Je důleţité
pouţívat paliva s vysokým energetickým obsahem a ta, u nichţ jsou minimální náklady na
přepravu a manipulaci.
K dosaţení stálé jakosti paliva, coţ napomáhá optimalizovat proces spalování, se někdy uhlí
promíchává a mísí v závislosti na specifické kategorii spalovacího zařízení. Takové směsi lze
jednoduše docílit postupně z hald prohazováním uhlí v různém pořadí od právě vyloţené
dodávky, nebo promísením různých druhů uhlí v silech mezi uhelným dvorem a zásobárnami
nevytříděného uhlí.
Vliv chudší směsi paliva:
klesá obsah CO2 ve spalinách
zvyšuje se proud vzduchu a spalin
roste obsah kyslíku ve spalinách
zvyšují se ztráty přes výstupní plyn
zvyšuje se spotřeba energie ve ventilátorech a rostou měrné emise CO2
klesá účinnost
Záměr chudší směsi paliva:
klesne teplota ve spalovací komoře (u granulačního kotle)
sníţí se primární NOx ve spalinách (menší spotřeba NH3, delší interval provozu selektivní
katalytické redukce)
sníţí se obsah CO ve spalném plynu ( menší riziko koroze)
sníţí se mnoţství nespáleného uhlíku v popílku (vyuţití jakosti popílku)
zvýší se spotřeba katalyzátoru
Účinky bohaté směsi paliva:
roste obsah CO2 ve spalinách
klesne proud vzduchu a spalin
sníţí se obsah kyslíku ve spalinách
179
klesají ztráty prostřednictvím výstupního plynu
sniţuje se spotřeba energie pro ventilátor a poklesnou měrné emise CO2
Záměr bohaté směsi paliva:
zvýší se teplota ve spalovací komoře (topeniště s tavnou komorou, lepší odvádění popela)
zvýší se účinnost
Hodnocení podmínek:
obsah CO ve spalinách by se neměl zvyšovat
ţádné zvýšení nespáleného uhlíku v popílku ( riziko větší koroze nebo zvýšit recirkulaci
popílku)
Záměr nezávislý na kvalitě směsi paliva ( zda je směs chudá nebo bohatá )
sníţit SOx ve spalinách u zařízení bez odsiřování (nebo odsiřovacího zařízení s nízkou
účinností)
nebo zvýšit SOx ve spalinách s účinným provozem elektrostatického odlučovače (odpor
popílku)
Hnědé uhlí se přepravuje z uhelných dvorů pásovými dopravníky (které jsou obvykle
umístěny nad střechou) do mlýnice, kde se sniţuje velikost jeho kusů (zrnění) kladivovými
mlýny a dvěma válcovými drtiči na rozměry od 40 do 80 mm nebo méně. Podrcené hnědé
uhlí se potom dopravuje pásovými dopravníky do kotelních zásobníků. Zde je běţně 6 aţ 8
zásobníků na kaţdý kotel, z nichţ kaţdý má dostatečnou kapacitu téměř na 4 – 8 hodin plného
provozu jednotky výroby páry s mlýny provozovanými při jejich jmenovitém výkonu pro
nejhorší formu jakosti hnědého uhlí.
Vlhkost hnědého uhlí je za této situace 45 – 70 %, takţe se během přepravy a drcení emituje
pouze nevýrazné mnoţství hnědouhelného prachu vyjma v místech přesypu, kde se
následkem vzdušného průvanu můţe tvořit hnědouhelný prach, ale k tomu dochází pouze
místně a potom dokonce jen omezenou měrou. Aby se zajistily zdravé pracovní podmínky
v prostorách zásobovacích hal, přijala se v mlýnicích a u systémů manipulace s hnědým uhlím
veškerá nutná opatření, například montáţí systémů odprašování s odsáváním vzduchu u míst
přesypů a u uzavřených pásových dopravníků. Vzduch se čistí přes tkaninové filtry, aby se
uvnitř hal udrţovala nízká koncentrace prachu hluboko pod maximální povolenou koncentrací
pro pracovní prostředí.
4.1.3 Příprava paliva
4.1.3.1 Příprava paliva při spalování prachového černého uhlí
180
Netříděné uhlí potřebuje náleţitě připravit, aby se v systémech spalování prachového uhlí
zajistilo jeho bezpečné, hospodárné a účinné vyuţití. Ve všech systémech mletí uhlí se pevné
palivo suší, drtí, třídí a potom přepravuje do kotlů.
K optimalizaci podmínek spalování je u pevného paliva zapotřebí maximálně 1 aţ 2 %
vlhkosti. Aby se obsah vlhkosti netříděného uhlí sníţil, můţe se sušit uvnitř uhelného mlýna.
Mnohé mlýny jsou určeny k vyřazení, anebo nejsou ovlivněny malými anorganickými nebo
kovovými materiály. Ale magnetický separátor by se také mohl namontovat na dopravník
netříděného uhlí, aby se odstranily větší kovové předměty. Pokud se to neudělá, mohou tyto
předměty poškodit dopravníky nebo podavač práškového uhlí a mohly by překáţet průchodu
uhlí.
Vlastní výběr zrnitosti práškového uhlí má důleţitý vliv na provoz a hospodárnost soustavy
topeniště. Aby se zajistilo rychle vzplanutí a úplné spálení uhlíku s maximální účinností a
minimalizoval se popel a úsady pevných úletů na povrchu výměníku tepla, je nutné jemné
mletí. Míru jemnosti mletí diktují ale vynaloţené náklady na mletí a často se tak dostávají do
rozporu potřeby nákladů na mletí a přínosy pro provoz a ţivotní prostředí. Změny v rozdělení
částic dle velikosti (zrnění) a tudíţ i podíl spálení můţe mít u stávajících kotlů také vliv na
emise NOx. Drcení uhlí na prach se v současné době provádí v kulových mlýnech,
nárazových mlýnech, fukarových mlýnech, nebo ve válcových a kruhových mlýnech. Ty se
dále podrobněji popisují:
Kulový mlýn: obsahuje horizontální válec s vnitřním obloţením z těţkých ocelových plátů.
Je asi do 1/3 vyplněn směsí vykovaných ocelových koulí o různé velikosti obvykle 30 – 80
mm v průměru. Mlýn se otáčí i s koulemi a částicemi uhlí, které se podél okraje válce
vzájemně mísí. Částice uhlí se umelou na prach pomocí nepřetrţitého kaskádového pohybu
koulí a částic, přičemţ se kusy uhlí rozdrtí vlivem tření a kaskádového pohybu koulí a dalších
kusů uhlí, protoţe se pohybují jeden přes druhého a otírají se o vyzdívku. Rozdrcené kusy uhlí
se potom suší horkým vzduchem a přepravují se do třidiče. Zde se částice o nadměrných
velikostech oddělují a vracejí se do mlýna. Přestoţe má kulový mlýn jednoduchou konstrukci,
je jeho spotřeba elektřiny vysoká a příliš se zatíţením nemění.
Obr. 4.5: Kulový uhelný mlýn / 79, Bell a Chiu, 2000/
181
Nárazový mlýn: obsahuje soustavu otočných nebo stabilních kladiv, jakoţto tlukadel, které
se otáčejí v komoře vyzděné deskami odolnými k opotřebování. Uhlí se drtí nárazem a
otěrem. Hrubší částice se hromadí vlivem odstředivých sil vně, mimo zásah kladiv a jemné
částice unikají podél hřídele. Stejně jako u drceného uhlí, zvyšuje nárazový mlýn také tlak
nosného plynu. To samo o sobě umoţňuje třídění na bázi odstředivky, kterou se oddělují
částice nadměrné velikosti a vracejí se do zóny drcení. K překonání brzdného tlaku ve mlýně,
na sítech a průchodu nosného plynu s uhlím je na začátku spuštění zapotřebí vysokého tlaku.
Uţívá-li se k sušení ve mlýně spalin, musí plyn přicházet ze strany topeniště, kde je tlak
nejvyšší. Pokud obsahují spaliny SO2, musí teplota stěn mlýna zůstávat nad kyselým rosným
bodem. Nárazové mlýny se uţívají méně často, protoţe jejich maximální kapacita je niţší neţ
u většiny ostatních typů.
Válcový mlýn s kruhovou dráhou: zde se uhlí drtí na prach mezi dvěma povrchy, jeden se
otáčí proti druhému. Ve stejné vzdálenosti okolo vnitřní kruhové rozteče mlýna jsou
namontovány tři drtící válce. Jsou umístěny v trojúhelníkovém rámu loţného systému. Ten
pouţívá tlak pruţin na osy válcových drţáků, aby se válce zapřely proti otáčejícím se drtícím
deskám. Drtící kruh, který tvaruje dráhu prstence běţí nízkou rychlostí. Průměr válce je asi 25
aţ 45 % průměru kruhu. Kdyţ se netříděné uhlí dodá přívodním potrubím, smísí se s částečně
podrceným uhlím a vzduchem, který v zóně drcení cirkuluje. Jakmile se zmenší velikost
částic, suší se a dopravují se ohřátým vzduchem do vnitřního třidiče. Částice nadměrné
velikosti se vracejí do zóny drcení, aby dále zmenšily svou velikost, zatímco částice o menší
velikosti se dopravují do hořáků ke spalování.
Obr. 4.6: Uhelný mlýn s válci na prstencovém okruhu / 79, Bell a Chiu, 2000/
182
Dva další typy válcových mlýnů pracují na stejném principu. V kuţelovém mlýně jsou
drtícími povrchy válce a mísa a v kulovém prstencovém mlýně jsou to koule na prstencovém
okruhu. Drtící povrchy udrţují tlak prostřednictvím pruţin nebo hydraulických válců. U typu
válcových mlýnů klesá potřeba energie se zvyšováním „indexu drtitelnosti uhlí“, rovněţ
klesá spotřeba energie na tunu vsazeného uhlí, jak se podíl zásoby zvyšuje.
Typické válcové mlýny zmenšují kusy uhlí o průměrné velikosti aţ 5 cm na produkt, který
obvykle obsahuje 70 % částic o velikosti 74 µm /79, Bell a Chiu, 2000/.
Tab. 4.1: Typy mlýnů, pouţívané pro různé jakostní třídy uhlí / 58, Eurelektric, 2001/
jakost uhlí kulové mlýny
s kruhovou dráhou
válcové mlýny kulové mlýny
nízko těkavý antracit
vysoce-těkavý antracit
nízko těkavé bituminosní uhlí
vysoce-těkavé bituminosní uhlí
Pro dodávku a spalování uhlí se vyvinulo několik metod, včetně systému přímého spalování
nebo spalování nepřímého (přes uhelné mezisklady). U systému přímého spalování se
práškové uhlí nechá unášet plynem nebo proudem vzduchu ze mlýna přívodním potrubím a
rozvádí se do hořáků. U nepřímého systému spalování se práškové uhlí vysypává na přepravní
okruh vybavený vysoce výkonnými ventilátory. Uhlí nejdříve prochází třidičem, odkud se
vracejí hrubé částice zpět do mlýna a potom se zachycuje v cyklonech, ze kterých se sype do
zásobníků.
4.1.3.2 Příprava paliva při spalování prachového hnědého uhlí
183
Hnědé uhlí se přivádí ze zásobníků do hnědouhelných mlýnů prostřednictvím uzavřených
podavačů. Podavače jsou specielně vyprojektovány ( např. typ odsávaných kolových tlukadel)
pro druh místně vyuţívaného paliva. Vedou ke třem cílům: drtí uhlí na prach, suší a potom
zavádějí palivo do spalovací komory. Drcení hnědého uhlí na prach napomáhá přítomnost
horkých spalin, které se odtahují z kotle recirkulačním vedením. Částice hnědého uhlí se
obvykle zmenší na velikost méně neţ 92 µm ( asi 60 % sítem se 70 otvory). Teplo spalin
sniţuje obsah vlhkosti hnědého uhlí ze 45 – 70 % na 10 – 20 %, tj. úroveň potřebnou pro
optimální podmínky spalování. Nakonec se směs hnědouhelného prachu, spalin a vlhkosti
zavádí do kotelních hořáků. Tato směs můţe také obsahovat vzduch nebo studené spaliny,
pokud se do mlýnů přivádějí.
Mlýn s fukarem: zde se pouţívá buď rotoru ventilátoru nebo před rotorem ventilátoru
umístěné řady dopadajících lopatek na stejné nebo různých hřídelích. Ventilátor zvyšuje
turbulentní promísení a relativní a absolutní rychlost částic a plynu. Promísení přispívá jak ke
stejnoměrnému rozdělení částic uhlí nad obvodem oběţného kola, tak také k sušení uhlí
s vysokým obsahem vlhkosti. Hnědé uhlí, které obsahuje vyšší míru vlhkosti, se můţe rozdrtit
hruběji /79, Bell a Chiu, 2000/.
Obr. 4.7: Fukarový mlýn pro mletí hnědého uhlí /79, Bell a Chiu, 2000/
Kdyţ se pouţije jako paliva hnědého uhlí o extrémně nízké výhřevnosti a vysokém obsahu
vlhkosti, je před vháněním do spalovací komory potřeba k účinnějšímu odstranění vlhkosti
dalšího kroku. Za tímto účelem je za mlýny bohatý proud vlhkého hnědého uhlí nasměrován
do specielně navrţených elektrostatických odlučovačů, kde se oddělí suché částice hnědého
uhlí a potom se zavádějí do niţších hořáků kotle. Z hnědouhelných elektrostatických
odlučovačů se vede směs spalin a vlhkosti přes sací ventilátory do komína nebo do zařízení k
odsiřování spalin.
4.1.3.3 Příprava paliva pro spalování ve fluidním loţi (FBC)
184
Spalování ve fluidním loţi potřebuje, aby se většina pevných paliv podrtila. Je třeba, aby byla
v závislosti na vlastnostech paliva maximální velikost zrnění mezi 3 – 20 mm. Připravené
palivo se dopravuje přímo do fluidního loţe ve spalovací komoře, kde je průměrná velikost
částic (zrnění paliva) pro spalování ve stacionárním fluidním loţi (BFBC) 1000 µm a 100 –
1000µm pro spalování v cirkulujícím fluidním loţi (CFBC).
4.1.3.4 Příprava paliva pro spalování na roštu (GF)
Pokud se provádí spalování na roštech, potom je obvykle potřeba pouze menší přípravy
paliva. Zmenší se velikost velkých kusů pevného paliva tak, aby se do spalovací komory ke
spalování na roštu přivádělo více méně homogenní zrnění paliva. Maximální zrnění paliva
přiváděného do spalovací komory často ovlivňují systémy podavačů a závisí na technických
charakteristikách roštu.
4.1.4 Typy kotlů a generátor výroby páry (parogenerátor)
4.1.4.1 Kondenzační zařízení elektráren
Podrobnější informace o technice a procesu, který probíhá v kondenzačních elektrárnách a o
parním cyklu se uvádějí v kapitola 2 tohoto dokumentu.
Ve většině parních kondenzačních zařízení elektráren, které jsou dnes v provozu, je poměr
dodaného mnoţství uhlí k energetickému výkonu (měrná spotřeba tepla) pouze okolo 2,5 (tj.
účinnost: e = 40 %; výhřevnost). Jinými slovy, na kaţdou jednotku elektrického výkonu se
komínem ztratí 1,5 tepelné jednotky v atmosféře a v chladícím systému, hlavně přes
kondenzátor. Od roku 1960 bylo stanovenou standardní praxí vyuţít buď kotlů s přirozeným
oběhem s tlakem kotelní páry asi 170 barů nebo kotlů s průtočných tlakem asi 240 barů.
V obou případech jsou teploty přehřátí a opětného ohřevu asi 540 nebo 570 ºC v závislosti na
zvolených potrubních materiálech. Nedávno se postavily kondenzační elektrárny na uhlí
s tlakem páry asi 300 barů a teplotou páry téměř 600 ºC, které vyuţívají nejmodernějších
vysokoteplotních materiálů. Například se v roce 1998 v Dánsku uvedlo do provozu
kondenzační zařízení na uhlí s čistou měrnou spotřebou tepla 2,08 (e = 48 %), které vyuţívá
přímého chlazení vodou / 61, MPS, 1998/.
V Německu budovaná elektrárna na hnědé uhlí je dalším příkladem nejnovější kondenzační
elektrárenské technologie. Aţ se postaví, dosáhne s hnědouhelným palivem a chladící věţí s
výparem čistého měrného tepla 2,22 (e = 45% ) /62, Kallmeyer a kolektiv, 1998/. Nedávno
postavená kondenzační elektrárna na hnědé uhlí s elektrostatickým odlučovačem, zařízením
pro mokrou metodu odsiřování a s vypouštěním spalných plynů přes chladící věţ s výparem
ukazuje obr. 4.8.
Obr. 4.8: Nová velká elektrárna na hnědé uhlí s vypouštěním přes chladící věţ
/ 92, VEAG., 2000/
185
Většina z nových kondenzačních elektráren na černé a hnědé uhlí, které se postavily v 90.
letech minulého století měla čisté měrné teplo asi 2,3 (e = 43 %). Tam, kde je to moţné, se
vyuţívá přímého průtočného chlazení, aby se dosáhlo co nejniţšího moţného kondenzačního
tlaku a teploty a maximalizovala se účinnost elektrárenské výroby.
Dnešní kondenzační jednotky elektráren jsou obvykle dost velké, obvykle s elektrickým
výkonem od 300 do 900 MW. U takových velkých zařízení se palivo spaluje v hořácích na
práškové uhlí. Protoţe jsou pro spalování k dispozici větší fluidní kotle, vyuţívají se také
v menších kondenzačních zařízeních. V současné době má největší provozovaná kondenzační
jednotka výroby elektřiny se spalováním ve fluidním kotli výkon 300 MWel. a existují
koncepty studií pro jednotku na 600 MWel.. K redukci emisí NOx se vyuţívají specielní
nízkoemisní hořáky a/nebo další primární techniky k potlačení NOx. Pokud nebudou tato
opatření dostatečná, můţe se pouţít k odstraňování NOx ze spalin selektivní katalytické nebo
selektivní nekatalytické redukce za pouţití močoviny nebo čpavku.
Odsiřování spalin se v kondenzačních elektrárenských zařízeních provádí obvykle za pomoci
absorbérů namontovaných mezi parogenerátor a spalinový komín. Pokud se vyuţívá
spalování ve fluidním loţi, dosáhne se nejlepšího stupně odsíření v samotném fluidním loţi,
např. přidáním uhličitanu vápenatého (vápence) do loţe a potom není zapotřebí ţádného
koncového odsiřovacího zařízení.
Nejstarší opatření na ochranu ţivotního prostředí, která se uplatňují u kondenzačního zařízení
elektráren je odstraňování popílku a zuhelnatělých částic ze spalin. Nejrozšířenější metodou je
pouţít k tomuto účelu elektrostatický odlučovač (ESP). Také se často vyuţívá čistíren plynu
s tkaninovými filtry.
4.1.4.1.1 Kotel s granulační komorou (DBB) ( granulační kotel)
186
Granulační kotle, nebo kotle s granulační komorou se provozují při teplotách poblíţ stěn
komory nebo výměníků tepla pod bodem tavení popela. Ve středu plamene jsou teploty často
vyšší, neţ je bod tavení částic popela. Do granulační komory se přesouvá 10 – 20 % popela a
odstraňuje se jako spodní popel, zbývajících 80 – 90 % popílku je unášeno spalinami a potom
se odstraňuje v odlučovačích.
Technika granulačního kotle má při spalování uhlí nejvyšší jmenovitý výkon na světě. Nová
zařízení, která vyuţívají této techniky pro výkony jednotlivých jednotek aţ 950 MWel. se
provozují při spalování hnědého uhlí i v Evropě. V USA a Japonsku se postavily dokonce
jednotky o vyšších výkonech na černé uhlí.
4.1.4.1.2 Výtavný kotel (WBB) (kotel s tavnou komorou)
Výtavné kotle nebo topeniště s tavnou (nebo granulační) komorou s odstraňováním tekutého
popela byly vyvinuty pro pouţití při teplotách spalování vyšších neţ je bod tavení popela
(1400 ºC). Tato topeniště potřebují speciální keramické obloţení, aby odolalo teplotám
roztaveného popela a vysokoteplotnímu chemickému působení. Velká mnoţství popela se
přemisťují ke stěnám a stékají po stěnách a vytékají dnem. Popílek se při tomto typu
spalování můţe recyklovat do spalovací komory za tvorby kotelní škváry jako vedlejšího
produktu. Sloţení popela závisí na sloţení uhlí. Výtavný kotel se pouţívá hlavně při spalování
černého uhlí (antracitového černého uhlí), které má poměrně malé mnoţství těkavých látek.
Obr. 4.9: Příklady kotlů granulačních a výtavného, které se provozují v Evropě
/ 80, Siemens, 2000/.
4.1.4.1.3 Systémy spalování
187
V uhelných hořácích se směs paliva a plynu vhání dýzami do spalovací komory a hoří s
přídavným spalovacím vzduchem. Během najíţdění se vyuţívají samostatné záţehové či
zapalovací hořáky, případně jich lze pouţít i při stavech nestabilního spalování a při
odstavování provozu. Tyto hořáky se ve většině případů zásobují topným olejem, ale také
vyuţívají plyn nebo suché, jemně mleté hnědé uhlí. Hořáky se vyuţívají k zajištění opětného
záţehu, případně během stavů nestabilního spalování. Kotle na černé a hnědé uhlí vyuţívají
následujících systémů spalování.
Obr. 4.10: Různé uspořádání uhelných hořáků (hlavní pouţívané systémy)
/32, Rentz a kolektiv, 1999/
Systémy spalování (z čelní stěny a z protilehlých stěn): u horizontálních systémů vytápění
od stěn se palivo mísí se spalovacím vzduchem. Hořáky jsou umístěny v řadách buď jen na
čelní stěně nebo jak na čelní tak zadní stěně. Druhý případ (spalování z čelní a zadní stěny)
se nazývá „protilehlé vytápění“. Jakmile se zaţehne uhlí, poskytují horké produkty spalování
potřebnou zápalnou energii ke stabilnímu spalování.
Systémy tangenciálního spalování neboli vytápění z rohů: Systém tangenciálního
spalování se zakládá na představě obalu jednotlivého plamene. Jak palivo, tak spalovací
vzduch se vstřikují z vertikálních rohových větrovodů topeniště podél tangenciální linie do
malého kruhu v centru topeniště. V některých případech se mohou dýzy větrovodu
automaticky naklánět, aby se regulovala teplota výstupního plynu z topeniště a udrţovala se
ohřátá nebo přihřívaná pára na teplotě určené pro systém.
Obr. 4.11: Tangenciálně vytápěná spalovací komora
/ 137, Elsen a kolektiv, 2001/
188
Vertikálně vytápěné systémy: První systémy na práškové uhlí měly uspořádání označené
jako vertikální nebo klenbové. Nyní se v zásadě pouţívají ke spalování uhlí s prchavou
hořlavinou mezi 8 – 15 % (v sušině). Systém vytápění vytváří dlouhý jazyk plamene
v niţších částech topeniště, z jehoţ středu vystupují horké plyny.
4.1.4.2 Spalování ve fluidním loţi (FBC)
Spalování ve fluidním loţi spočívá v nástřiku paliva do horkého vířícího loţe, kam se ode dna
fluidního kotle vhání spalovací vzduch a dochází ke zkapalnění loţe. Protoţe lze ke spalování
ve fluidních kotlích pouţít černého i hnědého uhlí, vyuţívá se jich také zejména jako
průmyslových spalovacích zařízení. Při najíţdění se jako materiálu loţe obvykle pouţívá
písek. Loţe s částicemi včetně paliva ( mezi 1 – 3 % materiálu loţe), popel a sorbenty se
stávají postupným prouděním vzduchu v topeništi tekuté a teplota loţe umoţňuje hoření
paliva. Následkem teplot spalování asi 750 – 950 ºC a dlouhého času prodlevy je vyhoření
paliva velmi vysoké a proto jsou emise související s procesem spalování poměrně nízké.
Technika fluidního loţe se pouţívá při spalování velmi popelnatého uhlí. V současné době
existují dva různé typy fluidních kotlů a sice pro spalování ve stacionárním fluidním loţi
(BFBC) a pro spalování v cirkulujícím fluidním loţi (CFBC).
Obr. 4.12: Schema fluidního kotle se stacionárním loţem a s cirkulujícím loţem
/59, Finnish LCP WG, 2000/
189
Ve druhém případě, tj. u spalování v cirkulujícím fluidním loţi se vzduch dmýchá na dno
topeniště, částečně jako primární vzduch vháněný roštem a částečně jako sekundární vzduch
několik metrů nad roštem. Rychlost vzduchu je dost vysoká, aby s sebou unášela pevné
částice loţe a tím vyplnila celou spalovací komoru. Horké spalné plyny unášejí částice do
horní části spalovacích systémů a do vysoce výkonných cyklonů, kde se částice odloučí a
plyny se vracejí zpět dnem do hlavní spalovací komory. Aby se umoţnilo odstranění SO2,
přidává se do loţe drcený vápenec nebo dolomit. Systémy cirkulujícího loţe zvyšují moţnou
reakční dobu a míru promísení plynem, tedy vedou obecně k účinnějšímu spalování a záchytu
síry.
Hlavním rozdílem mezi dvěma technikami spalování ve fluidním loţi je míra přenosu tepla.
Uhlí obsahuje pouze nízký podíl těkavých látek, které se mohou pyrolyzovat v loţi. Asi 60 aţ
80 % uhlí obsahuje spodium, které se můţe pouze spálit. Pokud tento podíl zůstává
v adiabatickém stacionárním loţi, mohl by se tam, pokud by se nevhánělo více vzduchu pro
fluidní pochod a spalování, hromadit. Takové hromadění nelze připustit, protoţe dokonce i
krátkodobé nánosy by mohly zvýšit riziko ztráty regulace teploty loţe. Z tohoto důvodu je
pro spalovací zařízení s tepelným výkonem nad 50 MW, které spaluje jako hlavní palivo uhlí,
nejvhodnější technologií fluidní spalování v cirkulujícím fluidním loţi. Nutnost spalovat
uhelné spódium v loţi prokazuje, ţe adiabatické spalování ve stacionárním loţi nelze provést.
Energetická bilance loţe vyţaduje, aby se podstatné mnoţství spalného tepla odvedlo mimo
adiabatické vířící loţe, protoţe uvnitř loţe se můţe uvolněná energie vyuţít pouze k pyrolýze
a k odpaření vody z paliva.
Obr. 4.13: Fluidní kotel s cirkulujícím loţem ke spalování nízkosirného uhlí /83, Foster,
Wheeler, 1995/
190
Spalování ve fluidním loţi znamená stacionární fluidní loţe u dna topeniště. Hustota
suspenze nad loţem se sniţuje s výškou topeniště, protoţe se materiál loţe recykluje
v topeništi podél stěn.
Hustota suspenze na výstupu z topeniště je obvykle 5 – 30 kg /m3. Tento vysoký podíl
cirkulujícího inertního materiálu vyrovnává teplotní profil v průřezu topeniště. Proto se
191
mohou volně v topeništi nebo v okruhu vrstvy cirkulujícího materiálu vyskytnout chladnější
místa. V topeništi se dosáhne velmi hladkého přenosu tepla ke všem tepelným povrchům,
protoţe sálání tepla z husté suspenze není závislé na sálání spalin.
Spalování ve fluidním loţi se příliš neliší od ostatních spalovacích technik. Spalování ve
stacionárním fluidním loţi se podobá v mnohém ohledu spalování na roštu. Hlavním
přínosem u spalování je lepší regulace teploty. Spalování v cirkulujícím fluidním loţi se
podobá spalování práškového uhlí nebo spalování hořáky. Třebaţe jedním rozdílem je
komplexní regulace teploty v topeništi, coţ zajišťuje zapálení paliva, aniţ by bylo potřeba
vysoké teploty plamene.
Porovnání mezi technikami fluidního spalování ve stacionárním a
v cirkulujícím loţi
Teplota fluidního loţe je obvykle 800 – 900 oC. Příčinou niţší teplotní úrovně je reaktivita
spalovaných paliv a vyšší hodnota nastává na počátku spékání palivového popelu.
Při spalování ve stacionárním fluidním loţi se palivo přivádí do loţe. Biopaliva okamţitě při
styku s horkým loţem pyrolyzují. 30 – 40 % spalovacího vzduchu se vyuţívá ve fluidním
procesu a zbytek se pouţívá při spalování pyrolyzních plynů v tak zvané volné zóně nad
vířícím loţem. Teplota spalování ve volné zóně můţe být 1100 – 1200 o
C, nebo v určitých
místech i vyšší. Vířící loţe se v současné době provozuje jako adiabatické spalování paliva a
výsledkem podstechiometrického poměru v primární zóně spalování je nízká spalovací
teplota.
Ve volné zóně topeniště při fluidním spalování ve stacionárním loţi se mohou umístit a
provozovat současně další hořáky. Mohou se pouţít například hořáky na plyn, olej i uhlí.
Zkušenosti ze stávajících zařízení fluidních kotlů s cirkulujícím loţem ukázala, ţe kritickým
ukazatelem náleţitého fungování celého cirkofluidního systému je účinnost cyklonu. Účinnost
cyklonu má hlavní dopad na vyhoření uhlíku, spotřebu vápence, emise SO2 a CO i teplotní
profil. Účinnost cyklonu je důleţitá hlavně u takových paliv, která jsou málo reaktivní a u
paliv jemnozrnných (uhelný kal), protoţe cyklon má lepší účinnost, kdyţ zuhelnatělé částice
zůstávají déle v topeništi a cyklonem se ztrácí z topeniště méně materiálu.
Zvýšením účinnosti cyklonu se zvyšuje podíl cirkulujících pevných látek, coţ do značné míry
také zajišťuje konstantní přenos vysokého tepla v topeništi. U široké palety paliv a rozsahu
zatíţení lze tudíţ dosáhnout nejpříznivějších podmínek pro nízké emise NOx i SOx . Poslední
úprava cyklonu znamená optimalizované uspořádání a tvar vedení na vstupu do cyklonu, které
se sklání dolů a obsahuje moderní projekt s vytvářením víru. Excentrickým uspořádáním víru
se dovybavily různá zařízení s cirkulujícím fluidním loţem tam, kde je hlavním palivem
nízkopopelnaté hnědé uhlí, coţ vede u provozovatele k podstatným úsporám nákladů na
vápenec a písek.
Přínosem obsahu malých částic bylo tak, jak se předpokládalo, lepší vyhoření uhlíku a menší
spotřeba vápence, ale také došlo k menším erozím uvnitř topeniště vlivem menších částic
popela, které jsou méně erozivní.
192
Palivo se nemusí pro pouţití ve fluidních kotlích mlít nebo sušit. Mechanické podrcení paliva
je dostatečné k tomu, aby se mohlo přivést do loţe. Fluidní loţe můţe zcela tolerovat široký
rozptyl velikosti zrnění a vysoký obsah vlhkosti, protoţe má samo o sobě stabilizační účinek.
Určité omezení velikosti je spojeno s rotačním podavačem paliva. Na druhou stranu, pokud
palivo obsahuje nepříliš velké mnoţství vlhkosti, je bezpečnější reaktivní palivo předem
upravit. Riziko explose vytvořeného prachu a ohně při úpravě paliva a jeho přepravě se běţně
reguluje tím, ţe se vlhkost paliva udrţuje na 40 %.
Povrchy přenosu tepla, vyskytují-li se v redukční atmosféře fluidního loţe, mohou korodovat
a být postiţeny erozí. K nejtěţšímu opotřebování dochází, kdyţ se nepřetrţitě střídá redukční
atmosféra s oxidační. Proto je potrubí kotle v prostoru vířícího loţe chráněno ohnivzdornou
keramickou vyzdívkou. Vertikální povrchy přenosu tepla umístěné v oxidační zóně, jako je
membrána stěn topeniště, musí být nejodolnější proti opotřebení působením materiálů loţe.
Volba mezi spalováním na roštu a fluidním spalováním závisí na jakosti popela a mnoţství
pevných nečistot v popelu. Paliva s nízkým bodem tavení popela se nemohou spalovat ve
fluidním loţi, protoţe se fluidní proces velmi rychle naruší. Těţké pevné nečistoty, jako jsou
kovové částice v odpadu z domácností se také nemohou spalovat ve fluidním loţi, protoţe
padají na desku pro rozvod vzduchu, poškozují fluidní proces a těţko se odstraňují
z topeniště. Ale ve vývoji jsou nová řešení pro budoucí provozování fluidního loţe s takovými
palivy a v současné době se s úspěchem začínají zavádět.
Pokud jde o opatření na ochranu ţivotního prostředí, jsou systémy fluidního spalování
schopny sníţit emise SO2 nástřikem vápence a mohou dosáhnout poměrně nízké hodnoty
vytvořených tepelných NOx, protoţe je teplota spalování nízká. To je jedním z důvodů, proč
se tato moderní spalovací technika den ode dne intenzivněji rozvíjí. Navíc se můţe ve
stejném zařízení spalovat celá řada paliv, protoţe tyto kotle nejsou příliš citlivé na kategorii
paliva.
V současné době jsou fluidní kotle v provozu ve Švédsku, Spojeném království, Francii,
Finsku, Německu, Polsku a USA a v poslední době i v Asii. Dnes je v provozu více neţ 400
jednotek a míra dostupnosti je vysoká.
4.1.4.3 Spalování v tlakovém fluidním loţi
Rozvoj spalování v tlakovém fluidním loţi (PFBC), zaloţený na zkušenostech získaných se
systémy spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku, začal uprostřed 70. let. Systémy
tlakového fluidního loţe nabízejí výhodu zařízení o menší velikosti, ale stejného výkonu,
coţ znamená sníţené investiční náklady a srovnatelně nízké emise bez potřeby sekundárního
opatření ke sniţování emisí a vše o srovnatelné tepelné účinnosti nebo lehce vyšší neţ je u
konvenčních zařízení spalujících uhlí. Protoţe je teplota spalování niţší, netvoří se ţádné
tepelné NOx a palivové NOx se mohou během spalování sníţit zavedením čpavku do volného
prostoru nebo před plynovou turbinu. V případě spalování ve fluidním loţi za atmosférického
tlaku je moţné rozlišovat mezi systémy se stacionárním loţem a cirkulujícím fluidním loţem.
V současné době jsou všechna zařízení s tepelnou kapacitou přesahující 50 MWel. systémy se
stacionárním fluidním loţem, ale rozvoj systémů s cirkulujícím fluidním loţem se nyní
rozbíhá a první dvě zkušební zařízení o výkonech 80 MWel..a 65 MWel. /30 MWtep. byla
uvedena do provozu v roce 1997.
193
Hlavními součástmi tlakového systému spalování ve fluidním loţi jsou: příprava uhlí a úsek
manipulace; tlakový kotel se stacionárním nebo cirkulujícím fluidním loţem; sekce čištění
horkého plynu za vyuţití keramických svíčkových filtrů nebo cyklonů; plynová turbina; a
okruh pára/ voda u parní turbiny. Obr. 4.14 ukazuje schematický nákres systému
stacionárního loţe u tlakového spalování ve fluidním loţi.
Obr. 4.14: Schematický nákres stacionárního loţe u tlakového fluidního kotle
/32, Rentz, 1999/.
Před spalováním se uhlí drtí a potom se mísí s vápencem (dolomitem). Mimo jedno zařízení
se všechna zařízení postavila tak, aby mohla jako paliva nejvíce vyuţívat černého uhlí. Směs
se dopravuje pneumatickým dopravním systémem nebo kalovým čerpadlem přetlakově a
potom se nastřikuje do spalovacího zařízení řadou nástřikových míst. Spalovací vzduch se
nejprve stlačí za pouţití vhodného kompresoru plynové turbiny a přechází do zádrţné nádoby
spalovacího zařízení vnějším prstencem koaxiálního vedení, zatímco se horké spalné plyny
vracejí do turbiny průchodem uprostřed. Spalování se uskutečňuje uvnitř tlakové nádoby při
teplotě 850 ºC aţ 900 ºC a tlaku přibliţně 1,6 MPa.
Spalovací komora je vybavena zapuštěnými výměníky tepla, které umoţňují stálou teplotu
spalování a které produkují vysokotlakou páru, jeţ se vyuţívá v parní turbině. Horké spalné
plyny se nejprve čistí za pouţití keramických svíčkových filtrů nebo cyklonů a potom se
vyuţívají v plynové turbině k výrobě elektřiny. Výstupní plyny z turbiny odcházejí do parního
generátoru (spalinového kotle) a vyuţívají se pro ohřev napájecí vody do kotle a výrobu páry.
Parní turbina produkuje podle potřeby okolo 80 % celkové vyrobené elektřiny.
194
V současné době jsou systémy spalování v tlakovém fluidním loţi schopny dosáhnout tepelné
účinnosti aţ 45 %. Další zlepšení je omezeno kvůli poměrně nízké teplotě na vstupu do
plynové turbiny, coţ je určeno teplotou spalování ve fluidním loţi kotle.
Bylo navrţeno a předmětem průzkumu je několik technologických postupů ke zvýšení teploty
na vstupu do plynové turbiny, např. přídavným spalováním (přihříváním) za pouţití zemního
plynu nebo topného oleje, nebo částečným zplyněním přiváděného uhlí před spalováním a
vyuţitím spalného plynu v plynové turbině.
Tato metodická uspořádání nabízejí značně vyšší hodnoty účinnosti, ale ţádné pilotní nebo
zkušební zařízení se ještě nepostavilo. Jak jiţ bylo uvedeno, je jednou z hlavních
charakteristik technologie tlakového spalování ve fluidním loţi podstatné sníţení emisí /32,
Rentz a kolektiv, 1999/.
4.1.4.4 Spalování na roštu
Roštové neboli spalovací systémy s mechanickým pohazovačem spalují pevná paliva na roštu
nebo s mechanickým systémem při průchodu vzduchu spodním patrem systému. V těchto
systémech se můţe spalovat většina hrubých pevných paliv. Praxe ukazuje, ţe přiváděné uhlí
můţe být směsí jakostí zrnění obvykle od 30 mm dolů včetně velmi jemných uhelných částic.
Systémy spalování na roštu pracují se stabilním zásobníkem paliva ve spalovací komoře, ale
uhlí se můţe přivést na rošt bez pomoci ventilátoru, přičemţ jsou tyto systémy schopny
rychlého záţehu v případě náhlé potřeby páry. Pokud dochází k problémům s přidáváním
vzduchu, je třeba zavést by-pasový provoz. Spalování na roštu je stále vyuţívanou technologií
pro menší kotle na uhlí, hlavně se uplatňuje u průmyslových a místních zařízení centrálního
zásobování teplem.
Obr. 4.15: Spalování uhlí na pohyblivém roštu / 79, Bell a Chiu, 2000/
195
4.1.5 Integrovaný kombinovaný cyklus zplyňování (IGCC)
Integrovaný cyklus kombinovaný se zplyňováním spojuje při výrobě čisté a cenově dostupné
energie zplyňování s čištěním plynu, konverzi synthetického plynu a technologii výroby
energie v turbině. Tato integrace procesů konverze energie poskytuje ucelenější vyuţití
energetických zdrojů, a nabízí vysokou účinnost a nepatrnou míru znečištění. Kromě toho
můţe IGCC skutečně přeměňovat jakoukoliv vsázku na bázi uhlíku na takové produkty, jako
je elektřina, pára, vodík a navíc hodnotné chemikálie. Různé technické kombinace umoţňují
průmyslu vyuţít nízkonákladové a snadno dostupné zdroje a odpady při volbě vysoce účinné
konverze energie. Tyto alternativy se mohou zvolit tak, aby vyhovovaly jakémukoliv
poţadavku trhu.
Obr.4.16: Hlavní charakteristiky IGCC s dmýcháním kyslíku /84, Siemens, 1999/
V obecném rámci systému kombinovaného cyklu integrovaného zplyňování, je k dispozici
mnoho moţností volby, pokud jde o typ zplyňovacího zařízení, které je moţno pouţít (např.
systém mokrého nebo suchého zaváţení uhlí, dmýchání vzduchu nebo kyslíku, pevné loţe,
provzdušňované loţe, nebo zplyňování unášeného proudu), i úroveň moţného procesu
integrace.
Zplyňovací zařízení přeměňuje uhlovodíky v zaváţce na plynné sloţky pomocí tepla pod
tlakem za přítomnosti páry. Částečná oxidace zaváţky působením nástřiku vzduchu nebo
kyslíku do zplyňovacího zařízení poskytuje teplo. Společně pak teplo a tlak rozrušují vazby
mezi sloţkami vsazeného uhlí, za sráţecích chemických reakcí a produkují synthetický plyn.
Minerály v surovině (popel) se oddělují a opouštějí dno zplyňovacího zařízení jako inertní
sklovitá struska nebo jiné na trhu prodejné pevné produkty. Dole je třeba odstraňovat pouze
malou frakci popela, který by se mohl strhávat.
196
Další moţné znečišťující látky, jako jsou sloučeniny síry ze sirovodíku, ze kterých se síra
obvykle získává jako síra elementární nebo kyselina sírová, jsou hodnotnými vedlejšími
produkty. Následkem redukční atmosféry ve zplyňovacím zařízení se během zplyňovacího
pochodu netvoří ţádné NOx. Vytvořený čpavek při reakci dusíku a vodíku je strháván
provozní vodou, protoţe existují chloridy, které by jinak mohly tvořit kyseliny.
U integrovaného cyklu spojeného se zplyňováním se pouţívá čistého synthetického plynu
(syngas), který zůstává po oddělení nečistot a ten se buď veškerý nebo částečně stává
palivem spalovací turbiny. Spalovací turbina pohání elektrický generátor, poskytuje vzduch
pod tlakem do zplyňovacího zařízení a produkuje teplo (odčerpávané) k výrobě páry do
zplyňovacího zařízení pro parní turbinu elektrárny nebo pro jiné pouţití.
Systémy IGCC s čištěním studeného plynu jsou schopny dosáhnout poměrně mírných hodnot
emisí NOx. To je způsobeno skutečností, ţe dusík vázaný na palivo se většinou odstraní
v pračce u sekce čištění studeného plynu. Tvorba tepelných NOx ve spalovací komoře
plynové turbiny se ještě před spálením potlačí nasycením spalného plynu parou a zředěním
dusíkem z jednotky výroby dusíku ze vzduchu. Tato opatření ke sníţení emisí působí tak, ţe
emise NOx jsou niţší neţ 25 mg/Nm3 při 15 % obsahu O2 ve spalném plynu. IGCC také
výrazně sniţuje mnoţství tuhých částic, SO2 ( 5 mg/Nm3), odpadní vody a vypouštěného CO2.
Obr. 4.17: Technologické schema elektrárny s IGCC provozované ve Španělsku
/ 84, Siemens, 1999/
197
Systémy IGCC, které pouţívají jako paliva uhlí, se vyuţívají pouze ve velmi omezeném
počtu spalovacích závodů.
IGCC nabízí termodynamicky příznivé podmínky vysokého tlaku, vysoké koncentrace
znečišťujících látek a nízkého objemového průtoku syntetického plynu a pouze 1/100
produktů spalování. Umoţňuje značnou úsporu na odstraňování síry a pevných částic. Hlavní
znečišťující látky se odloučí a zachytí se v procesu čištění plynu z IGCC. Redukční podmínky
při zplyňování jsou značně příznivé pro přeměnu rtuti z paliva na její elementární podobu.
Elementární rtuť se můţe spolehlivě a snadno odstranit sulfonovaným aktivním uhlím, čehoţ
se jiţ na jednom místě dosáhlo.
4.1.6 Kogenerace (CHP)
Kogenerace vyuţívá jediného pochodu jak k výrobě elektřiny tak vyuţitelného tepla.
Kogenerace neboli „kombinovaná výroba tepla a elektřiny“ (CHP) je odzkoušenou
technologií a uplatňuje se hlavně u průmyslových zařízení, kde je zapotřebí jak elektřiny, tak
tepla (horké vody nebo páry). Mimo úspor nákladů přináší kogenerace také přínosy pro
ţivotní prostředí, neboť vyuţívá fosilních paliv účinněji. To vede k niţším emisím, neţ u
oddělených výrob elektřiny a tepla a také k optimalizaci účinnosti paliva a části energie tzv.
exergie.
Parní turbiny poháněné kotli na fosilními palivo se vyuţívají pro průmyslové systémy
kogenerace jiţ po mnoho let. Vysokotlaká pára, která se vytvořila v konvenčním kotli na
černé nebo hnědé uhlí expanduje v turbině za tvorby mechanické energie, která se potom
můţe pouţít k pohonu elektrického generátoru. Mnoţství vyrobené elektřiny závisí na tom, do
jaké míry se třeba můţe sníţit tlak páry turbinou, aby byla ještě schopna vyhovět potřebám
stanice na tepelnou energii. V některých případech se turbina vybavuje samostatným nebo
zabudovaným nízkotlakým válcem, coţ umoţňuje výrobu elektřiny nezávislou na dodávce
tepla.
Výhody a nevýhody systému kogenerace / 81, COGEN Europe, 1999/ jsou :
Výhody:
vysoká celková účinnost paliva a exergie
můţe se pouţít jakýkoliv druh paliva
můţe kolísat poměr tepla a elektřiny
schopnost vyhovět poţadavku na jakost tepla u více neţ jedné stanice
vysoká spolehlivost a dostupnost, obvykle lepší neţ 98 %
široký rozsah dostupných velikostí
dlouhá doba ţivotnosti
Nevýhody :
vysoký poměr tepla ku elektřině
vysoké náklady
pomalé najíţdění
198
4.1.7 Kombinovaný cyklus spalování
Myšlenka kombinovaných cyklů vzešla z potřeby zlepšit účinnost jednoduchého „Brayton-
Joulova“ cyklu vyuţitím odpadního tepla výstupního plynu v turbině. Je to přirozené řešení,
protoţe plynová turbina je poměrně vysokoteplotní stroj a parní turbina poměrně nízko
teplotní stroj. V kontextu stávajících spalovacích zařízení na uhlí je kombinovaný cyklus
spalování obvykle známý jako „ navýšení výkonu“.
Obecné informace o navýšení výkonu se uvádějí v části 2.5.2 tohoto dokumentu.
Hlavním cílem navýšení výkonu /82, CIEMAT/ je:
zvýšit energetický výkon
zvýšit hodnotu práce
zlepšit vyuţití postaveného zařízení
získat větší provozní pruţnost
zvýšit spolehlivost a dostupnost
sníţit náklady na provoz a údrţbu
prodlouţit dobu ţivotnosti zařízení
sníţit emise a objem odpadů
4.1.8 Účinnost velkých spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí
4.1.8.1 Účinnost kotle
Lze konstatovat, ţe u čistých a nových kotlů na pevné palivo se v současné době
zaznamenávají hodnoty účinnosti (LHV) mezi 86 a 94 %. Hlavní ztráty jsou spojeny
s odpadním teplem spalin, které odcházejí komínem, nespáleným uhlíkem, odpadním teplem
v popelu a ztrátami sáláním. Účinnost paliva je důleţitá, neboť za předpokladu, ţe máme
kotle stejného výkonu (se stejným okolním prostředím a teplotou spalin, stejným přebytkem
vzduchu, atd.), získají se u kotlů různé účinnosti v závislosti na povaze paliva ( na bázi LHV,
tj. výhřevnosti) tak, jak ukazují následující příklady:
mezinárodní uhlí : 94 % účinnost
hnědé uhlí: 92 % účinnost
nízko jakostní hnědé uhlí: 86 % účinnost
4.1.8.2 Techniky ke zvýšení účinnosti kotle na černé uhlí
Účinnost kotle spalujícího černé uhlí je těsně spjata s povahou paliva a teplotou okolního
vzduchu (vstupní údaje projektu). Ale je moţné některé ukazatele optimalizovat:
nespálený uhlík v popelu (nedopal): optimalizace spalování vede k menšímu obsahu
nespáleného uhlíku v popelu. Je třeba si všimnout, ţe technologie k potlačení NOx
úpravou spalování ukazují na moţnost zvýšení nespáleného uhlíku. Cílem je dosáhnout co
nejlepšího spálení, aby se získala optimální účinnost nebo vyuţití paliva. Podle
technických parametrů i charakteristiky paliva, zejména při spalování antracitu, můţe
docházet k vyššímu obsahu nespáleného uhlíku v popelu
199
přebytek vzduchu: přebytek vzduchu závisí na typu kotle a na vlastnostech paliva.
Obvykle je u kotle s granulační komorou na černé prachové uhlí 20 %-ní přebytek
vzduchu. Často není moţné s ohledem na kvalitu spalování (tvorbu CO a nespáleného
uhlíku), stabilitu kotle (přisávání vzduchu), korozi a bezpečnost (riziko tepelných
výchylek v kotli) jakkoli dále přebytek vzduchu sniţovat
teplotu spalin: teplota spalin opouštějících čistý kotel ( v závislosti na druhu paliva) leţí
obvykle mezi 120 a 220 ºC tak, aby se zabránilo riziku kyselé koroze kondenzací
kyseliny sírové. Určité projekty ale někdy začleňují do druhé etapy ohřev vzduchu
spalinami tak, aby se tato teplota sníţila pod 100 ºC, přičemţ se vyuţívá specielního
obloţení a vyzdívky komína, coţ sniţuje ekonomickou atraktivitu této redukce.
4.1.9 Sniţování emisí do ovzduší z velkých spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí
V Evropské unii vyuţívají v současné době 4 % spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí
technická opatření ke sníţení emisí SO2, 16 % pouţívá techniky ke sníţení emisí NOx a téměř
54 % závodů vyuţívá obojí. Zbývajících 26 % ještě neuplatnilo ani techniky ke sníţení SO2,
ani NOx.
4.1.9.1 Sniţování emisí ze spalování prachového paliva
4.1.9.1.1 Předúprava paliva
Prvním krokem k minimalizaci tvorby emisí je zlepšení surovin, kterých se v celém procesu
pouţívá jako paliva, například pomocí následujících opatření:
pouţitím směsi různých druhů uhlí o různých charakteristikách a z různých zemí
vyuţitím vysoce jakostních druhů uhlí s vysokou výhřevností, nízkým obsahem vody,
nízkou popelnatostí, nízkým obsahem síry, chloridů a fluoridů
uplatněním vypírání uhlí /čištění ( viz také 3.6.1)
zplyňováním uhlí
homogenizací uhlí, k zajištění standardní jakosti konečného paliva
4.1.9.1.2 Záměna paliva
Záměna paliva za fosilní palivo s nízkým obsahem látek, které mohou tvořit znečišťující
sloučeniny, můţe vést k výraznému sníţení znečištění ze spalovacích zařízení. Toto opatření
se uplatňuje stále více. Ale moţnosti volby záměny paliva omezují hlediska určité
přizpůsobivosti specifických spalovacích zařízení, která se týkají vyuţití různých druhů paliv
a někdy jsou určujícím faktorem i dlouhodobé smlouvy mezi společnostmi, které vyrábějí
elektrickou energii a dodavateli paliva. Obecně závisí přizpůsobivost na namontovaných
hořácích a obvykle na náhradě jednoho druhu uhlí dalším typem uhlí s mnohem lepším
působením na ţivotní prostředí (tj. nízkým obsahem síry a nízkou prchavou hořlavinou), nebo
je často moţné přejít u zabudovaných hořáků z černého uhlí na těţký topný olej. Přechod
z uhlí na plyn ale obvykle vyţaduje výměnu hořáků a úpravu výměníků tepla. Jakékoliv
zlepšení spočívající ve sníţení emisí potom samozřejmě závisí na charakteristikách paliva
původně pouţívaného a typu paliva nového /32, Rentz a kolektiv, 1999/.
200
Je však třeba zváţit moţný škodlivý dopad jakéhokoliv nového typu uhlí na emise, např.
sníţený výkon elektrostatického odlučovače vlivem sníţeného obsahu síry, nebo sníţení
výkonu nízkoemisního hořáku (jedná se o emise NOx) při vyšším obsahu těkavých látek
v uhlí.
4.1.9.1.3 Sniţování prachu
Při spalování práškového uhlí unáší spalný plyn sypký popílek ven ze spalovací komory.
V kotlích s granulační komorou se zachytí pouze malé mnoţství (< 20 %) na dně jako spodní
(loţový) popel . Z topeniště odchází 80 % popela ve formě polétavého popílku a ten se musí
zachytit v zařízení pro odlučování prachu, jako je elektrostatický odlučovač a tkaninové filtry.
Ve výtavných kotlích přechází popel při vysoké teplotě spalování do tekutého stavu. Tento
tekutý popel proudí vlivem gravitace k výpusti škváry. Při vysoké průtokové rychlosti plynu
se dokonce většina popela odvádí jako škvára. Polétavý popílek často v tomto typu topeniště
recirkuluje tak, ţe se většina veškerého popela odvede jako škvára.
Mezi technologiemi na odstraňování prachu je v Evropě zdaleka nejobvykleji pouţívaným
zařízením elektráren na černé a hnědé uhlí elektrostatický odlučovač.
Elektrostatické odlučovače zachycují popílek obvykle v suché podobě, kterou lze recyklovat
vyuţitím při stavbě silnic nebo při výrobě produktů, jako je cement a beton a posledním
řešením je, ukládat ho na skládku. Paliva se mohou dodávat z různých světových zdrojů, ale
techniky elektrostatických odlučovačů s vysokonapěťovým přerušovaným impulsovým
systémem jsou schopny reagovat na různé jakosti paliva včetně těch, které mají nízký obsah
síry. Další projekty jsou spojeny se špičkami vysokého napětí, se špičkovými dobami v trvání
mikrosekund. V této krátké době se korona výbojů optimalizuje, ale v tak krátkém časovém
intervalu nemůţe dojít k přeskoku. Tato technika sniţuje spotřebu elektřiny elektrostatického
odlučovače.
Cyklony se uţívají pro odprašování ve velkých spalovacích zařízeních zřídkakdy. Nicméně
dvě zařízení tohoto typu (tj. s předřazeným odlučováním prachu za pouţití mechanického
vybavení před elektrostatickým odlučovačem) jsou v provozu ve Francii u jednotky
s kombinovaným systémem o výkonu 250 MWel..
4.1.9.1.4 Sniţování emisí rtuti (Hg)
V současné době se u tepelných elektráren spalujících černé nebo hnědé uhlí obvykle
nepouţívají ţádné systémy, které by byly určeny pouze k odstraňování rtuti. Tkaninové filtry
a elektrostatické odlučovače nebo pračky jsou určeny k odstraňování prachu a SO2, HCl a HF.
Odstraňování rtuti těmito systémy je jaksi přídavným positivním účinkem. Odlučování rtuti
v zařízení na čištění spalin závisí na podobě rtuti. Jak plynná elementární rtuť (Hgo), tak
plynná oxidovaná forma rtuti (Hg2+
) jsou při teplotách čištění spalin ve fázi páry. Hgo je
nerozpustná ve vodě a nelze ji zachytit v mokrých pračkách.
201
Převáţně dvojmocné sloučeniny rtuti (Hg2+
) ze spalin uhlí jsou slabě aţ silně rozpustné a
rozpustnější typy se obvykle mohou zachytit v pračkách při mokrém odsiřování spalin. Jak
Hgo, tak Hg
2+ se adsorbují na porézní pevné částice jako je popílek, zpravidla na energetické
aktivní uhlí, coţ je poměrně nákladné, nebo na sorbenty kyselého plynu na bázi vápníku a
následně se zachytí v zařízení k odlučování prachu. Hg2+
se obvykle při adsorpci zachytí
snadněji neţ Hgo. Rtuť, která se váţe na částice se zachytí na pevné látky, které se mohou
snadno oddělit v elektrostatickém odlučovači nebo tkaninovém filtru /171, UN ECE, 2002/.
Účinnost odstranění v elektrostatickém filtru závisí na následujících faktorech:
teplotě v elektrostatickém odlučovači
obsahu Cl v uhlí
nespáleném uhlíku (nedopalu) v popelu
sloučeninách vápníku v popelu
Techniky čištění spalin, které se uplatňují u spalovacích zařízení, vyuţívají tři základní
metody zachycení rtuti:
záchyt rtuti jako vedlejší efekt v zařízení na odlučování prachu tuhých znečišťujících látek
jako je elektrostatický odlučovač nebo tkaninový filtr
adsorpci Hgo a Hg
2+ do unášených sorbentů (injektáţ aktivního uhlí) při následném
záchytu v elektrostatickém odlučovači nebo tkaninovém filtru. Jinak se rtuť můţe zachytit
v náplni uhlíkového loţe
vyprání Hg2+
v mokrých skrubrech
4.1.9.1.5 Sniţování emisí SO2
Většina všech technik ke sniţování emisí SO2 ze spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí,
které se v současné době vyuţívají, je popsána u odsiřování spalin v kapitole 3 ( Společné
postupy a techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení). Specificky pouţívané
techniky jsou závislé na rozmanitosti parametrů zařízení a na místně specifických faktorech,
jako je umístění, tepelná kapacita a zatíţení kaţdého jednotlivého zařízení, stejně jako na
palivu a jakosti popela, např. u určitých druhů nízkojakostního hnědého uhlí s vysokou
alkalitou popela a nízkým obsahem síry dochází ( následkem přirozeného odsíření, které
nastává během spalování) k niţším emisím SO2, které mohou dokonce ve specifických
případech znamenat aţ 90 % odsíření.
Suchá a polosuchá metoda se uplatňují více u menších zařízení (< 100 MWtep.), ačkoliv
technologie mokré metody je převáţně vyuţívanou technikou v různých obměnách ve větších
zařízeních tj. nad 300 MWtep. Absorpční věţe jsou projektovány jako sprchové, výplňové
nebo s dvojím okruhem. Zařízení pro mokré odsiřování spalin se sprchovou věţí, které se
vyuţívá u velkého zařízení spalujícího černé uhlí ve Spojeném království se jako vhodný
příklad uvádí na obr. 4.19.
202
Obr. 4.18: Dovybavení stávajícího zařízení o technologii odsiřování spalin
/ 94, Umwelt + Technik, 2000/
Obr. 4.19: Proces mokrého odsiřování spalin se sprchovou věţí / 93, Powergen, 2001/
Vysvětlivky k obrázku:
Průtok plynu:
1) pomocný ventilátor vstupního regulátoru tahu
2) pomocný ventilátor
3) výměník tepla
4) vstupní vedení do absorbéru
5) výstup izol. regulátoru tahu u zařízení k odsiřování spalin
6) rychle otvíratelný by-pasový regulátor tahu
Oblast reakcí plynu:
14) absorbér
15) odpadní nádrţ absorbéru
16) oběţné čerpadlo absorbéru
17) vstřikové dýzy absorbéru
18) odlučovače úkapů
19) oxidace kompresory vzduchu
203
Dovoz vápence, skladování a příprava kaše:
7) vykládka vápence ze ţeleznice
8) vykládka vápence ze silničního vozidla
9) skladování vápence
10) zásobník vápence
11) vápencový mlýn
12) nádrţ na napájecí vápencovou břečku
13) čerpadlo pro vápencovou břečku
Odlučování sádrovce, odvodnění a likvidace
20) čerpadla k odstranění sádrové břečky
21) zařízení k odvodnění sádrovce
22) skladování sádrovce
23) zařízení na úpravu odpadní vody
Úprava napájecí vody
Řada závodů nainstalovala nové typy výměníků tepla pro ohřev výstupního plynu, aby se
zabránilo moţné kontaminaci ve skrubru vypraného plynu surovými spalinami (viz obr. 4.20)
Obr. 4.20: Přesuny tepla okolo jednotky odsiřování spalin /138, Sandscheper, 2001/
V těchto výměnících tepla na bázi plyn-plyn se vyuţívají pro přenos tepla z horkého surového
plynu do čistého vypraného plynu mnohapotrubní tepelné systémy. Tyto systémy eliminují
netěsnosti, protoţe není nutné kříţit výstupní vedení s vedením vstupním, jako je případ
běţného výměníku tepla při regeneraci plynu.
Jen několik elektráren v Evropě situovaných těsně u pobřeţí uplatnilo ke sniţování mnoţství
SO2 emitovaného do ovzduší systémy vypírání mořskou vodou. Díky umístění zařízení, tj.
v těsné blízkosti městského centra, se také uplatnila i další specifická opatření, jako je
produkce dobře prodejného vedlejšího produktu, jedno spalovací zařízení na černé uhlí
úspěšně provozuje kombinovaný proces odstraňování SO2 a NOx, tzv. DESONOX.
4.1.9.1.6 Sniţování emisí NOx
Tak jako u sniţování SO2 jsou téměř všechny techniky pro denitrifikaci spalin (tj. primární a
sekundární opatření a dokonce v některých případech i obě opatření v kombinaci), které se
v současné době pouţívají u koltů spalujících černé uhlí popsané v kapitole 3.
204
Protoţe teploty spalování jsou u hnědého uhlí niţší a vlhkost spalin je oproti černému uhlí
vyšší, je tvorba NOx poměrně nízká. Z tohoto důvodu jsou primární opatření dostatečná a
uplatňují se pouze při sniţování emisí NOx z velkých spalovacích zařízení na hnědé uhlí.
Obr. 4.21: Velký kotel na hnědé uhlí, u kterého se uplatňují primární opatření ke sniţování
tvorby emisí NOx / 92, VEAG, 2000/.
U kotlů spalujících černé uhlí, které vyuţívají jako primárního opatření „nízkého přebytku
vzduchu“, je obvyklý přebytek vzduchu v rozmezí 5 – 7 % O2 ( ve spalinách). Nízký přebytek
spalovacího vzduchu při 3 – 6 % O2 ve spalinách odpovídá sníţení NOx mezi 10 a 40 %.
Klíčovým faktorem pro simultánní redukci NOx, CO a nespáleného uhlíku je i doba prodlevy.
Vztah mezi NOx, CO a přebytkem vzduchu v různých úsecích kotle o 150 MWel.ukazuje obr.
4.22.
205
Obr. 4.22: Vztah mezi NOx, CO a přebytkem vzduchu v různých úsecích kotle o 150 MWel.
na hnědé uhlí / 108, Scott, 1997/
Tato technika dává lepší výsledky u výtavných kotlů neţ u kotů granulačních, u kotlů se
spalováním od stěn neţ u tangenciálně vyhřívaných kotlů a u jednotek spalujících černé uhlí
neţ u jednotek na uhlí hnědé.
Recirkulace spalin: se příliš často v kotlích spalujících uhlí nevyuţívá, vyjma u výtavných
kotlů. U kotlů na černé uhlí můţe být sníţení NOx získané touto technikou 15 – 20 %. Tato
technika se pouţívá pouze u kotlů na hnědé uhlí za pomoci recyklace horkých spalin při mletí
hnědého uhlí. V tomto případě se spaliny odvádějí k sušení hnědého uhlí a proto se u nich
primárně sniţování emisí NOx neprovádí, ale obecně je ještě jeden důvod pro niţší tvorbu
emisí NOx ve srovnání s černouhelnými topeništi. Často se totiţ můţe dále sníţit NOx
studenými spalinami a tak se navíc při nízké teplotě tavení popela omezí škvárování.
Přehřívání vzduchu (OFA): je nejobvykleji pouţívaným primárním opatřením u kotlů na
černé uhlí. U moderních projektů OFA ( s optimalizovaným návrhem trysek, samostatným a
zvířeným prouděním vzduchu), lze dosáhnout sníţení NOx o 40 – 50 % u kotlů se spalováním
od stěn nebo tangenciálně.
206
OFA je zvláště účinnou technikou při sniţování NOx u kotlů s tangenciálním spalováním, kde
se můţe zavést jako „těsně připojené OFA“ (tj. s připojením průduchů s přehřátým vzduchem
právě nad nejvyšší řadou hořáků). Další moţností volby je „samostatné přehřívání vzduchu“
(tj. s připojením průduchů s přehřátým vzduchem nad hlavní spalovací zónu oddělenou od
řady hořáků).
Nízkoemisní hořáky (hořáky o nízkých NOx): u kotlů spalujících černé uhlí se nejčastěji
pouţívají hořáky s odstupňováním přidávaného vzduchu nebo hořáky s odstupňovaným
dávkováním paliva, čemuţ odpovídá v prvním případě sníţení emisí NOx o 25 – 35 % a ve
druhém 50 – 60 %. Nízkoemisní hořáky jsou nejobvyklejší technikou, která se pouţívá ke
sniţování emisí NOx jak u nových, tak stávajících kotlů na černé uhlí. Tvoří vyspělou
technologii s mnoha různými návrhy, které jsou v současné době k dispozici od dodavatelů
z celého světa, často specificky přizpůsobené kaţdému typu a velikosti kotle.
Nízkoemisní hořáky se často pouţívají v kombinaci s přehřátým vzduchem, zejména u kotlů
s tangenciálním spalováním společně se sklopnými ejektory nebo ejektory práškového uhlí a
různými typy přehřívání vzduchu. Lze dosáhnout aţ 70 % sníţení NOx.
Je třeba zdůraznit, ţe moderní projekty nízkoemisních hořáků s odstupňováním vzduchu u
kotlů se spalováním od stěn (s optimalizovanými dýzami, či injektáţí vířícího sekundárního
vzduchu a zařízení k odklonění nástřiku sekundárního nebo terciárního vzduchu) mohou
dosáhnout bez přehřátého vzduchu sníţení NOx aţ 50 % a s ním aţ 70 %.
U elektráren spalujících hnědé uhlí se mohou s nízkoemisními hořáky, přehřátým vzduchem
a/nebo recirkulací spalin emise NOx sníţit aţ o 75 %.
Zavedení nízkoemisních hořáků můţe zvýšit hladinu uhlíku v popelu, coţ by se mělo
udrţovat v mezích tak, aby se neohrozilo hospodaření s těmito odpady ze spalování. Připojení
třidiče k uhelným mlýnům, coţ zvyšuje jemnost zrnění práškového uhlí, je účinnou cestou
k vykompenzování tohoto problému. Některé moderní uhelné nízkoemisní hořáky jsou účelně
vyprojektovány tak, aby neovlivňovaly úroveň uhlíku v popelu.
Dospalování u kotlů na uhlí: se dá uskutečnit s uhlím nebo mnohem obvykleji se zemním
plynem jako dospalovacím palivem. Plynu se pouţívá mnohem častěji neţ uhlí. Dospálení lze
snadněji uplatnit u nových elektráren, ale dá se s úspěchem přizpůsobit i pro stávající
jednotky. Dospálení plynem se v nedávné době zavedlo u několika kotlů v USA
se spalováním od stěn, tangenciálně nebo u cyklonových kotlů na uhlí ( od 33 do 600 MWel.).
Technika dospalování plynem se namontovala pouze u jednotek, které jsou jiţ vybaveny
nízkoemisními hořáky a nebo přehříváním vzduchu (OFA). Odpovídající sníţení NOx můţe
být aţ 40 či 50 % úrovně NOx dosaţené nízkoemisními hořáky a/nebo OFA, coţ je okolo 65
aţ 75 % sníţení oproti původní výši NOx (u paliva k dospalování představuje 15 – 20 %
celkového tepelného příkonu).
Pokročilá technika dospalování plynem, při spojení pravidelného dospalování plynem
s injektáţí dusíkatého činidla ( čpavku nebo močoviny, podrobnosti viz odstavec o selektivní
nekatalytické redukci) se také namontovala u jednoho kotle na uhlí. Tato slibná technika
proklamuje, ţe dosáhne sníţení NOx aţ 85 % původní hodnoty NOx, ale tato technologie
není ještě dostatečně odzkoušená.
207
Selektivní katalytická (SCR) a selektivní nekatalytická redukce (SNCR) : jsou sekundární
opatření, která se rozsáhle uplatňují u spalovacích zařízení na uhlí. V Evropě se systémy SCR
pouţívají zejména v Rakousku, Německu, Itálii a Nizozemí. Mimo Evropu se nejvíce
uplatňují v Japonsku a USA. Metoda SCR prokázala, ţe je úspěšná u elektrárenských zařízení
spalujících černé uhlí, ale ještě se neuplatnila u zařízení na hnědé uhlí.
V několika případech, kde se systémy SCR pouţily u elektráren na hnědé uhlí se ukázalo, ţe
ţivotnost katalyzátoru byla příliš krátká vlivem vysokého obsahu křemene v popelu, coţ
způsobilo velkou abrazi katalyzátoru. Navíc hnědé uhlí běţně obsahuje hodně vody a
popeloviny a jeho spálením při dostatečně nízkých teplotách v topeništi se obvykle dosáhne
hodnoty 200 mg NOx/Nm3 bez potřeby SCR.
V uţitkových kotlích má SCR obvykle místo mezi ohřívákem napájecí vody (ekonomizérem)
a ohřívákem vzduchu (uspořádání pro vysoký obsah prachu), aby se rozšířilo teplotní rozmezí
a minimalizovaly se náklady. U spalování práškového paliva nepotřebuje SCR v zásadě by-
pass pro vysoký obsah prachu při najíţdění a odstavování, ale injektáţ čpavku se musí omezit
na teploty nad minimální teplotou. Koncová uspořádání, při nichţ je katalyzátor umístěn za
ohřívákem vzduchu vyţadují, aby se spaliny ohřály na provozní teplotu katalyzátoru a proto
jsou draţší jak pro vybudování, tak pro provoz.
Potřebné sloţky pro dovybavení zařízení o SCR zahrnují reaktor SCR a s tím spojenou práci
na vedení a konstrukci, sklad čpavku a rozvodný systém a regulaci. Další sloţky, které mohou
být potřeba, tvoří by-pass s ekonomizérem a zařízením k odfuku sazí.
Volba typu katalyzátoru a jeho charakteristik závisí na hmotnostním toku popela a jeho
erozivním působení (deskový typ a typy medových pláství). Vysokoprašné zatíţení vyţaduje
proto katalyzátory s vysokou odolností vůči zaslepování a abrazi. Pro uplatnění při nízké
zátěţi prachem jsou výhodné katalyzátory SCR se střední roztečí šestihranné struktury, kde se
odstraní ze spalného plynu téměř veškerý popílek. Zvětšený povrchový prostor vyplývající
z vyuţití šestihranné struktury ( podoby medových pláství) katalyzátorů SCR pouţitých pro
nízkoprašné prostředí znamená, oproti pouţití ve vysokoprašném prostředí, niţší objem
katalyzátoru.
Problémy typu kotle a sloţení uhlí zasahují výrazně do projektu katalyzátoru a musí se u
kaţdého jednotlivého uhelného zařízení specificky zvaţovat. Topeniště s tavnou komorou s
recirkulací popílku obvykle vykazují oproti granulačním kotlům vyšší podíl deaktivace
katalyzátoru. Uhlí s vysokým obsahem arsenu, alkálií nebo kovů alkalických zemin, fosforu,
vápníku a řady dalších sloučenin působí vyšší deaktivaci katalyzátoru, coţ je nutné brát
v úvahu, kdyţ se propočítávají objemová zatíţení a ţivotnost katalyzátoru. Obsah síry v uhlí
se musí také odzkoušet, aby se u katalyzátoru pro selektivní katalytickou redukci stanovil
příslušný podíl konverze SO2 na SO3 a určila se minimální provozní teplota, při níţ se lze
vyhnout tvorbě kyselého síranu amonného.
Ţivotnost katalyzátoru se můţe optimalizovat náleţitou údrţbou, včetně vyuţití vhodných
zařízení pro odfuk sazí a zamezení kontaktu s vlhkostí, které je katalyzátor vystaven
z popílku. Kdyţ není katalyzátor v provozu nebo klesá teplota ohříváku napájecí vody pod
minimum provozní teploty katalyzátoru při nízkém zatíţení kotle, lze pouţít systému by-
passu.
208
4.1.9.2 Sniţování emisí ze spalování ve fluidním loţi
U systémů s fluidním loţem se pouţívá hruběji mletého paliva. V systémech spalování ve
fluidním kotli s cirkulujícím loţem při vyšší průtokové rychlosti vzduchu loţe expanduje a
popel ( coţ je u tohoto typu spalování nutné) musí recirkulovat cyklonem, který je nedílnou
součástí cirkofluidního spalování, tak, aby se oddělily hrubé částice.
4.1.9.2.1 Sniţování prachu
V současné době se ke sniţování prachu ze spalování v kotlích s cirkulujícím fluidním loţem
vyuţívají jak elektrostatické odlučovače, tak tkaninové filtry.
4.1.9.2.2 Sniţování emisí SO2
Jak jiţ bylo uvedeno, při spalování v kotlích s fluidním loţem se můţe velmi účinně uplatnit
odstraňování SO2, například z 80 – 90 % u kotlů se stacionárním fluidním loţem a z 90 – 95
% i více při spalování ve fluidním kotli s cirkulujícím loţem. Při spalování ve fluidních
kotlích se přidává vápno nebo vápenec přímo do paliva a nastřikují se do fluidního loţe. Tato
aditiva podporují přirozenou schopnost alkalických popelů zachytit SO2. Dobrého odsíření se
dosáhne přídavkem vápence při poměru Ca/S = 1,5 – 3,5. Vedle poměru Ca/S hraje také
důleţitou roli při zajištění účinného sníţení SO2 teplota loţe. Tedy proces kalcinace začíná asi
při 700 ºC a zlepšuje se s vyššími teplotami, nejpříznivější spojení kalcinace a sulfatace
nastává asi při 840 ºC.
Systém vyuţívaný ke sníţení síry při spalování ve fluidních kotlích je provozně jednoduchý,
tj. zavádění sorbentu a odstraňování reakčního produktu je začleněno do procesu spalování a
není zapotřebí samostatného reaktoru.
Aby se dosáhlo téměř 100 % absorpce SO2, musí být hmotnostní koncentrace oxidu
vápenatého v loţi ve stechiometrickém přebytku. Toto předávkování působí zvýšení emisí
NOx, zejména u spalování ve fluidních kotlích s cirkulujícím loţem, protoţe CaO katalyzuje
reakce dusíkatých sloučenin. K největšímu nárůstu však dochází, aţ kdyţ je koncentrace SO2
velmi nízká.
Princip spalování ve fluidním loţi znamená moţnost integrované ochrany ţivotního prostředí.
Nástřik sorbentu do fluidního kotle je nenákladnou metodou pro zachycení síry. Investiční
náklady jsou nízké, protoţe odsíření je součástí spalovacího procesu a není třeba vybavení
samostatného reaktoru. Sekundární opatření k odsiřování není ještě příliš obvyklé, ale jiţ se tu
a tam pouţilo u několika spalovacích zařízení s fluidními kotli.
Největší výdaje na provoz vznikají spotřebou sorbentu a manipulací s odpady ze spalování.
Vedlejším produktem spalování ve fluidním loţi je směs popela, CaSO4, nevyhořelého paliva
a nezreagovaného sorbentu. K tomu, aby se dosáhlo dostatečné absorpce SOx, je třeba
poměrně velkého mnoţství sorbentu; tudíţ je z fluidního kotle také velký objem pevného
odpadu. Aţ do současné doby bylo nejobvyklejším prostředkem manipulace s popelem ze
spalování ve fluidním kotli v elektrárnách jeho ukládání na skládkách. Popel se ale také můţe
pouţít ke stavebním účelům jako podklad při stavbě silnic nebo jako stavební výplň, za
předpokladu, ţe v popelu není příliš mnoho vápníku.
Zvýšené zatíţení prachem můţe znamenat potřebu zvětšit odlučovač prachu. Přínos tohoto
druhu investice se musí hodnotit s ohledem na úspory samostatně.
209
4.1.9.2.3 Sniţování emisí NOx
Nízká teplota při spalování (mezi 850 ºC a 950 ºC) ve fluidním loţi je výhodou při omezování
emisí NOx. Fluidní kotle však umoţňují vznik výrazného podílu emisí N2O, který značně
ovlivňuje globální oteplování. To ale není jedinou cestou ke sníţení emisí NOx při spalování
ve fluidních kotlích, u některých zařízení v USA se uplatňují i jiné techniky například
systémy selektivní nekatalytické redukce (SNCR). Při odsiřování za zvýšeného přídavku
vápence však katalyzuje nezreagované vápno přechod NH3 na NOx. To znamená, ţe čím více
vápna se do fluidního loţe přidá (ke sníţení SO2), tím více NOx se vytvoří.
U velkých spalovacích zařízení o menší kapacitě se vyuţívá různých typů fluidního spalování,
obvykle stacionárního fluidního loţe a to směřuje k vyšším emisím NOx.
4.1.9.3 Sniţování emisí ze spalování na roštu
Kdyţ hoří v systémech spalování na roštu černé nebo hnědé uhlí, zůstává většina popela na
roštu a hromadí se jako spodní (loţový) popel. Pouze malé mnoţství popela opouští topeniště
jako popílek a musí se zachycovat v zařízeních k odlučování prachu.
4.1.9.3.1 Sniţování prachu
Při sniţování prachu ze spalovacích zařízení s roštem se v současné době pouţívají jak
elektrostatické odlučovače tak tkaninové filtry.
4.1.9.3.2 Sniţování emisí SO2
Při spalování na roštu, coţ se uplatňuje hlavně u menších průmyslových spalovacích zařízení
(< 100), se kvůli niţším emisím SO2 většinou pouţívá nízkosirné palivo. Protoţe teploty
spalování kolísají mezi 850 ºC a 950 ºC, mohou se aditiva jako vápno nebo vápenec pro
zachycení SO2 přidat do paliva přímo. Tato aditiva podporují přirozenou schopnost
alkalických popelů zachytit SO2. CaSO3 je při teplotách vyšších neţ 850 ºC nestabilní a CaO
a SO2 jsou spolu v chemické rovnováze. Z tohoto důvodu není při spalování na roštu
sniţování emisí SO2 tak účinné.
4.1.9.3.3 Sniţování emisí NOx
Nízké teploty spalování u roštových systémů jsou výhodné pro potlačení emisí NOx. V této
souvislosti je třeba zdůraznit, ţe roštové systémy (bez přídavných regulačních opatření)
emitují asi 300 mg NOx/Nm3, coţ je mnohem méně neţ ze spalovacích zařízení na práškové
uhlí bez odlučování emisí. Někdy se mimoto také vyuţívá ke sniţování tvorby emisí NOx
přehřátého vzduchu.
4.1.10 Voda a úprava odpadní vody
Při provozu spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí se tvoří různé druhy odpadní vody (viz
kapitola 1). Techniky popsané v kapitole 3, které se k úpravě odpadní vody pouţívají, se
uplatňují do značné míry i při čištění odpadní vody ze zařízení spalujících černé a hnědé uhlí.
210
4.1.11 Úprava odpadních zbytků ze spalování a vedlejších produktů
Kdyţ se uhlí spaluje, zachytí se většina minerálních látek a odstraňuje se jako pevný materiál
na různých místech systému, jako jsou uhelné mlýny, u dna kotle, v systému ekonomizéru při
čištění spalin a v komíně. Spodní popel (loţový) se získává u všech typů spalovacích zařízení
na černé a hnědé uhlí, i kdyţ celkové procentuelní mnoţství popela kolísá. Protoţe se ve
výtavných kotlích popílek recykluje, získává se 100% ve formě granulované strusky. Pouze
tam, kde v popílku zůstává určité mnoţství nespáleného paliva (nedopalu), upravuje se
samostatně a skladuje se ve speciálních silech. Při spalování v cirkofluidním loţi se většina
popílku z cyklonových odlučovačů vrací zpět do topeniště, kde se spéká s materiálem loţe a
odchází jako loţový popel.
Při metodách mokrého odsiřování spalin na bázi vápna a vápence se sádrovec upravuje tak,
aby nakonec získal krystalickou strukturu. Je to nutné proto, aby se oddělil sádrovec od
menších nerozpuštěných částic vápence a získaná sádra se vysušila. Příliš malé částice zvyšují
vlhkost tohoto vedlejšího produktu, obvykle asi o 10 %. Kdyţ se tento vedlejší produkt
promyje, můţe se získat vysoce jakostní prodejný produkt (srovnatelný nebo lepší neţ
přirozený sádrovec) pouze se stopami nečistot, které indikují sloţení paliva, ze kterého
pocházejí. Ve většině případů se sádrovec shromaţďuje a skladuje v uzavřených skladovacích
dvorech. U některých zařízení se sádrovec dále suší z 10 na 4 % vlhkosti nebo dokonce aţ na
1 %, aby se sníţily náklady na dopravu a zvýšila se spotřebitelská jakost.
Obr. 4.23: Uzavřená zařízení pro skladování sádrovce / 94, Umwelt + Technik, 2000/
V případech, kde není pro sádrovec potenciální trh, odvádí se ze systému odsiřování spalin
řízeným způsobem na skládku stejným postupem jako popílek a mokrý popel. Lze provádět
jednak samostatné ukládání kaţdého vedlejšího produktu na skládku, ale zjistilo se, ţe
smícháním sádrovce z procesu odsíření spalin s popílkem a odpadní vodou z odsíření vzniká
směs, často nazývaná „stabilizát“, která má pro ukládání na skládku lepší vlastnosti neţ
kaţdá z jednotlivých sloţek.
211
Těmito vlastnostmi jsou : mechanická pevnost, propustnost a vyluhovatelnost.
Při obvyklém hospodaření s odpady a vedlejšími produkty ze spalování hnědého uhlí se
skládkování vyuţívá při asanaci vyčerpaných povrchových hnědouhelných dolů. Popílek se
také velmi často pouţívá jako zpevňující materiál svahů přetíţených skrývkami během těţby
v hnědouhelných dolech. „Stabilizát“ působí dobře, protoţe spojuje vlastnosti sopečného
popílku, stejně jako jeho schopnost vázat těţké kovy a stopové prvky, s vlastnostmi sádrovce.
Na řízených skládkách pevných vedlejších produktů z velkých spalovacích zařízení se
nepozorovaly ţádné negativní dopady na ţivotní prostředí.
Obecně se odpady a vedlejší produkty ze spalování jako jsou popely a vedlejší produkty
z odsiřování spalin shromaţďují na různých místech jako je kotel, sací ventilátory pro
odprašování, elektrostatické odlučovače, tkaninové filtry a zařízení k odsiřování spalin.
Materiály se přepravují hydraulicky nebo mechanickým zařízením a skladují se v uzavřených
silech nebo ve speciálně projektovaných budovách skladů, jako jsou ty, které se pouţívají při
skladování sádrovce ze zařízení k odsiřování spalin.
Tabulka 4.2 ukazuje souhrn moţných způsobů opětného vyuţití odpadů a vedlejších produktů
z elektráren spalujících uhlí. To, která moţnost se vyuţije, se musí stanovit případ od
případu.
Tab. 4.2: Příklady opětného pouţití odpadů a vedlejších produktů ze spalování černého a
hnědého uhlí / 64, UBA, 2000/
popílek loţový popel produkty
sorpčního
procesu
sádrovec
hnědé
uhlí
černé
uhlí
hnědé
uhlí
černé
uhlí
Stavební průmysl
Přísada do betonu + +
Plniva o lehké váze do betonu + + + +
Pěnová malta, porézní beton + + +
Vysoce namáhaný beton + +
Výroba „flual“ +
Mísící přísada v cementářském průmyslu + +
Sloţka suroviny v cementářském průmyslu + +
Přísada do cementu k prodlouţení tuhnutí + +
Izolace stěn + + +
Stavební sádra +
Keramický průmysl + + + + +
Stavba silnic a úprava krajiny + + + +
Stavba přehrad s technikou stlačování válcem + + + +
Plnivo pro ţivičné povrchové úpravy, tmelící
vrstvy a podloţí pojiv
+ +
Pozemní stabilizace, sypké stavební materiály pro
zemní práce a stavbu silnic
+ + + + +
Zvuková izolace + + +
Technologie skládkování, úprava odpadu + + + +
Skládka + + + + + +
Stabilizace nebezpečných substancí + +
Výztuţný materiál pro vyztuţení dna skládky + + +
Povrchový filtr pro zatěsnění skládky + +
Úprava kanalizačního kalu +
Základní materiál pro biologické čištění
odpadních vod
+ +
212
Plnidlo pod kanálová potrubí
Stabilizovaná směs popelu s cementem + + +
Výplň příkopů + + +
Další metody vyuţití + + + +
Zaváţení materiálu do dolů + + + +
Výroba zeolitu + +
Výroba půlhydrátu (alfa a beta-sádra s 1/2
molekulou vody)
+
Výplňový materiál v papírenském průmyslu + +
Výroba anhydritu +
Müller – Kühnova metoda + + + + + +
Rekuperace tepla + +
Odsiřování spalin +
4.2 Příklady pouţívaných postupů a technik
Tato část kapitoly 4 poskytuje řadu příkladů technik a postupů, které se v současné době
pouţívají u různých spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí. Účelem příkladů je ukázat,
jak se specifické techniky uplatňují u nových a rekonstruovaných zařízení, aby se zajistila
vysoká úroveň ochrany ţivotního prostředí jako celku, pokaţdé při zohlednění konkrétních
podmínek souvisejících s místem a poţadavky ţivotního prostředí. Ze shromáţděných
informací ale není vţdy jasné, zda nebo jak se kaţdá popsaná technika uvedená jako příklad
posuzuje na pozadí definice BAT uvedené v článku 2, odstavec 11 Směrnice 96/61/EC, či jak
se konfrontuje se seznamem opatření, o kterých se uvaţuje obecně nebo ve specifických
případech, kdy stanovení nejlepších dostupných technik nezapomíná na pravděpodobné
náklady a přínosy opatření a zásady bezpečnosti a prevence a následně jaké techniky se
vybírají a uplatňují. Kromě toho nelze zajistit, ţe působení zařízení na ţivotní prostředí bude
za všech provozních podmínek konstantní a nepřetrţité a zda nenastanou v nějakém časovém
období určité problémy a jaké budou přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého. Také není
vţdy jasné, co je motivací pro pouţití techniky a jaké náklady a přínosy pro ţivotní prostředí
jsou s kaţdým případem spojeny.
Proto se informace poskytnuté u následujících příkladů uvádějí pouze jako všeobecné
indikace o praxi, která se v současné době uplatňuje a nelze je povaţovat za příslušné
referenční ukazatele. Techniky, které se uvádějí jako příklady, vycházejí z informací
poskytnutých a posouzených členy Technické pracovní skupiny jako součást výměny
informací o velkých spalovacích zařízeních.
4.2.1 Příklady jednotlivých pouţívaných technik
Příklad 4.2.1.1: Systémy tangenciálního spalování kvalitního (černého) uhlí s extrémně
nízkými emisemi NOx.
Popis: Pojetí moderního systému tangenciálního spalování kvalitního uhlí s extrémně
nízkými emisemi NOx lze charakterizovat stupňovitým radiálním a axiální vrstvením
vzduchu. Spalování se provádí za podstechiometrických podmínek. V tomto případě se
v různých etapách přivádí vzduch ve vertikálním směru.
213
Pomocí prostředků radiálního vrstvení vzduchu se v okrajovém prostoru topeniště vytvoří
zóna s vysokým obsahem O2 a nízkým obsahem CO. Ta vede k účinné ochraně stěn topeniště
před korozí (obr. 4.24).
Hořáky jsou umístěny v rozích. Kaţdý z mlýnů dodává práškové palivo do jedné úrovně
hořáků. Nad horní řadou hořáků jsou ve stěnách topeniště zabudovány trysky pro přehřátý
vzduch a to ve značné vzdálenosti od horní úrovně hořáků, aby se umoţnily redukční reakce
NOx. Uspořádání a rozměry trysek na přehřátý vzduch jsou zvoleny takovým způsobem, aby
se mnoţství přehřátého vzduchu dobře rozprostřelo v průřezu topeniště a udrţelo se účinné
spalování.
Kaţdý jednotlivý hořák obsahuje jednu nebo dvě palivové trysky, odsazenou obdélníkovou
vzduchovou trysku, vloţenou obdélníkovou vzduchovou trysku (v případě, ţe existují dvě
palivové trysky) a dvě kruhové vzduchové trysky nahoře a dole. Tyto trysky se pouţívají u
olejových hořáků během najíţdění jednotky. Odsazené vzduchové trysky se montují nad
kaţdým hořákem. Nasměrují se na stěny topeniště, aby se u nich vytvořila vrstva vzduchu.
Veškeré další palivové a vzduchové trysky, vyjma vzduchových trysek pro přehřátý vzduch se
nasměrují tangenciálně do kruhu (obr.4.24).
Obr. 4.24: Princip axiálního a radiálního vrstvení vzduchu
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Emise NOx, kterých lze dosáhnout v závislosti na
stechiometrickém poměru v hořácích ukazuje obr. 4.25. Jak lze na tomto obrázku vidět, při
poklesu stechiometrie v hořáku se koncentrace emisí NOx značně sníţí. Emise NOx se
vytrácejí při stechiometrii pod 0,8.
214
Obr. 4.25: NOx versus stechiometrie hořáků a systém spalování
Paralelně s měřením emisí NOx se kontroluje CO a O2 v těsné blízkosti stěn topeniště.
U tohoto systému tangenciálního spalování s extrémně nízkými emisemi NOx se během
provozu naměřily u stěn pouze velmi nízké koncentrace CO a vysoké koncentrace O2. Pokud
jde o NOx, ukazuje obr. 4.25 také porovnání tangenciálního systému spalování s extrémně
nízkými emisemi NOx (s prosazeným vzduchem a mnoţstvím přehřátého vzduchu) se
systémem spalování o nízkých NOx (s přehřátým vzduchem) a se základním systémem
spalování černého uhlí. Obrázek znázorňuje moţnost sníţení NOx u systému spalování s
extrémně nízkými NOx u všech černých (ţivičných) uhlí na světových trzích. Obr. 4.26
ukazuje porovnání hodnot NOx u některých vybraných elektráren .
Obr. 4.26: Porovnání hodnot NOx u některých vybraných elektráren (A aţ L).
Pouţitelnost: Se systémy tangenciálního spalování s extrémně nízkými NOx jsou k dispozici
pouze omezené zkušenosti, ale předpokládá se, ţe se technologie uplatní u nových zařízení a
při rekonstrukcích stávajících.
215
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: ţádné potenciální dopady
Provozní údaje:
sníţení přebytku vzduchu a teplot výstupních plynů vede ke zlepšení účinnosti
parogenerátoru. Kromě toho růst účinnosti významně přispívá ke sníţení emisí CO2
sníţení obsahu NOx ve spalinách vede k poklesu spotřeby amoniaku pro katalýzu a
prodluţuje dobu ţivotnosti katalyzátoru ( pokud se katalyzátoru pouţije)
zvýšení účinnosti parogenerátoru, sníţení spotřeby elektřiny pro odsávání, nucený prosaz
a ventilátor odsiřování plynu, to vše vede ke zlepšení čisté účinnosti elektrárenské
jednotky
Ekonomika:
zlepšení účinnosti parogenerátoru
zvýšení čistého elektrického výkonu
ţádné dodatečné provozní náklady
Motivace pro zavedení: poţadavky na nízké emise NOx a/nebo zvýšení účinnosti kotle a
pokles spotřeby paliva vyplývající z národní /evropské legislativy.
Odkaz na literaturu: /114, Alstom, 2001/; /115, Epple a kolektiv, 1995/; /116, Kather,
1996/; /117, Marx a kolektiv, 1997/; /34, Verbund, 1996/
Příklad 4.2.1.2: Primární opatření ke snížení NOx z vertikálně vytápěných systémů
s předehřevem paliva a cyklonovými hořáky spojenými se systémem přehřívání vzduchu
Popis: Ve 20. letech minulého století se preferovaný systém topeniště s práškovým uhlím
zapaloval vertikálně (od klenby), protoţe se mohlo dosáhnout stability plamene přidáváním
určitého sekundárního vzduchu otvory podél vertikální stěny pod klenbou. Později se
zavedením „turbulentních“ hořáků, vyţadujících pouze vířící sekundární vzduch okolo
primárního vzduchu/uhelné dýzy, se umoţnilo ve většině případů vyuţít horizontální
topeniště vytápěná práškovým uhlím. Ale vytápění práškovým antracitem bez podpory paliva
ještě potřebovalo postupnou dodávku sekundárního vzduchu, coţ je charakteristické pro
spalování od klenby. Příznivou vlastností antracitových uhlí je nízký obsah síry, přičemţ se
nalézají na celém světě a rozsáhlé zásoby jsou ve východní Asii.
Nejúspěšnější technologie spalování od klenby se vyznačovala stejnou výškou poměru
průtokové rychlosti (cca 70/30) vzduchu u vertikální stěny ku vzduchu u klenby jako u
dřívějších systémů vertikálního spalování. Kromě toho její hořáky mají tvar jako cyklonové
odlučovače pro průchod vzduchu ze směsi primární vzduch/uhlí. To dále napomáhá záţehu
bez podpory, kterého lze dosáhnout dokonce s uhlím o méně neţ 5 % prchavé hořlaviny.
Významnější z hlediska záţehu je obsah vodíku v palivu, kterého při této technologii
spalování od klenby můţe být při záţehu bez podpory při plném zatíţení asi 1,5 %. U uhlí
s vyšší prchavou hořlavinou se dosáhlo u jednotek spalování od klenby nízkých hodnot emisí
NOx s nejmodernějšími nízkoemisními hořáky pro horizontální spalování. Je ale důleţité si
všimnout, ţe předešlé projekty ke sníţení NOx s odstupňováním vzduchu v hořáku a topeništi
se pouze zaměřily na vypouštěný palivový dusík během odstraňování prchavých látek.
216
Obr. 4.27: Klenbový hořák s předehřevem paliva /odkaz Foster a Wheeler/
Obr. 4.27 ukazuje standardní uspořádání cyklonového hořáku při spalování od klenby se
zvětšením detailu palivové dýzy. Obrázek znázorňuje modifikaci předehřevu paliva, která
zlepšuje stabilitu plamene. Modifikace zahrnuje zhotovení kratší válcové dýzy, aby se
umoţnilo směšovat studený vzduch nebo uhlí s horkým vzduchem okolo dýzy a vloţení jádra
do dýzy, které zvyšuje kapacitu průchodu vzduchu cyklonem, přestoţe udrţuje kinetickou
energii vzduchu pro náleţité proniknutí plamenem. Další modifikace můţe být u průchodu
cyklonového hořáku pro spalování od klenby při spojení se systémem dospalování
(přehřívání) vzduchu. Zde se bude průchodem dopravovat většina uhelné vlhkosti a
nejjemnější z práškových uhlí ve velmi mírném odstupňování, coţ bude ještě menší ve
spojení s přehřátým vzduchem.
Nevyhnutelným následkem sníţení NOx při primárních opatřeních je nárůst nevyhořelého
paliva (nedopalu uhlíku). Dovybavení o účinnější třidič produktů mletí můţe tomuto nárůstu
nevyhořelého paliva čelit. Související sloţka této techniky sniţování NOx zahrnuje vyuţití
regulovatelného statického třidiče u tyčového nebo kulového mlýna namísto třidiče
odrazového, jemuţ se dává přednost u práškového antracitu. Oba typy třidičů jsou nedílnou
součástí kulového mlýna. Nastavitelný statický třidič je projektován jako cyklon s mnoha
vstupy, které jsou zvýrazněny nastavitelnými lopatkami.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Uhlí vyznačená v tabulce 4.3 se odzkoušela v USA
v testovacím zařízení pro sledování vlivu spalování na ţivotní prostředí o výkonu 22 MWtep.
při spalování namíchaného uhlí z Pensylvánie v USA. U modifikace s předehřevem uhlí se
dosáhlo stabilního spalování u kaţdého z testovaných uhlí dokonce i při 50 % zatíţení. Při
daných NOx se odpovídající nespálené palivo při kaţdé modifikaci zmenšilo. S předehřevem
paliva a s úpravou vazby odvzdušňování-přehřátý vzduch znamenalo sníţení více neţ 50%
NOx, méně neţ dvojnásobek nespáleného paliva. Výsledky s dalším testovaným uhlím byly
podobné, zejména kdyţ se pouţil přehřátý vzduch .
217
Tab.4.3: Analýza různých druhů testovaného uhlí
Analýza - % hm. HHVc
HGId
Uhlí (ASTM-norma) VMa
Popela H2O
a C
b H
b N
b S
b kcal/kg
Směs 50/50
(poloantracit)
13,5 11, 9,1 72,9 2,9 1,4 1, 7530 68
Kocher, Pensylvánie
(antracit)
6,9 11,3 11,5 72,4 2,1 1,0 0,7 7220 42
Carbonar, Španělsko
(antracit)
5 19,5 7,6 68,5 1 0,7 0,7 7140 43
a) předběţná analýza: VM= prchavá hořlavina; popel= popelovina a celková vlhkost (H2O);
b) elementární analýza : prvky, jak se uvádějí
c) spalné teplo
d) Hardgrovův index drtitelnosti
Dva ze 16 hořáků v Evropě u jednotky o 154 MWel. se spalováním antracitu od klenby byly
upraveny pro modifikaci s ohřevem. Během testování s místním uhlím o 5 % prchavé
hořlaviny, 1 % obsahu vodíku (Carbonar, Španělsko, tab. 4.3), byly modifikované hořáky
schopny provozu bez podpory naftou (topným olejem) nebo u hořáků dalších za nimi,
dokonce při minimálně 60 % technickém zatíţení.
Dvě uţitkové jednotky s klenbovým spalováním v USA ( centrální elektrárna), kaţdá s 300
MWtep. příkonem spalující antracit se 7 % prchavé hořlaviny s vysokou vlhkostí a
popelnatostí se opětně najely v roce 2002 ve Springs po dovybavení ohřívanými dýzami a
modifikací dospalování s přehřátým vzduchem a odvzdušňováním. Jako výsledek těchto
primárních opatření ( v topeništi) bylo, ţe tyto dvě uţitkové jednotky po 300 MWtep. bohatě
splňovaly obchodní garance, které znamenaly sníţení předchozích úrovní NOx před
rekonstrukcí (cca 950 – 1180 mg/Nm3) na niţší hodnotu (okolo 510 mg/Nm
3). Ve skutečnosti
se tento nový spalovací systém s práškovým uhlím zařadil mezi ty s nejniţšími emisemi NOx
navzdory tomu, ţe zdaleka nejvíce spalují jen uhlí s velmi nízkou prchavou hořlavinou. Pro
další sníţení NOx by se mohla přijmout sekundární opatření (koncová) za pouţití močoviny,
protoţe s touto technikou se CO udrţuje značně pod běţným limitem 100 ppm, a močovinu
lze snadno rozloţit na reaktivní čpavek.
Dovybavení o nastavitelný statický třidič v 6 kulových mlýnech u jednotky v Evropě o 330
MWel. s klenbovým spalováním antracitu sníţilo mnoţství nespáleného paliva o více neţ
50%.
Pouţitelnost: Vyuţití vyhřívaných dýz a techniky s odvzdušněním a přehřátým vzduchem se
hodí pro nová zařízení o více neţ 30 GWel. a pro stávající jednotky se spalováním od klenby,
které v USA, Evropě s východní Asii dosahují velikosti aţ 717 MWel.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Vyhřívaná dýza a technika přehřátého
vzduchu s odvětráváním sniţuje náklady na pouţití sekundárních opatření. U paliv, která mají
méně neţ 1,5 % vodíku, zabezpečí tato technika podporu topným olejem nebo uhlím, které
mají vyšší obsah prchavé hořlaviny a obojí se spoluspalují kvůli stabilitě plamene. Kdyţ se
spojí s nastavitelným statickým třidičem, předejde se nákladům a externím problémům
spojeným se vzrůstající spotřebou paliva.
218
Provozní údaje: Ţádná podstatná zaznamenaná změna, vyjma sníţených NOx a větší
flexibility paliva.
Ekonomika: Vyhřívaná dýza a náklady na dovybavení o odvzdušňování a dospálení
přehřátým vzduchem jsou řádově stejné, jako se uvádí v literatuře o sníţení NOx za pouţití
primárních opatření u kotle se spalováním od stěny nebo protilehlých stěn. Původní vlastní
náklady na nastavitelný statický třidič je zlomkem nákladů na dynamické třidiče a má
zanedbatelné náklady na provoz a údrţbu, přestoţe také čelí zvýšené spotřebě uhlí, která po
realizaci úprav ke sníţení NOx následuje.
Motivace pro zavedení: Niţší hodnoty emisního limitu pro NOx. Vedle toho by
„Mechanismus čisté produkce“ podle Kyotského protokolu mohl vytvořit moţnosti
rekonstruovat stávající jednotky ve východní Asii.
Odkaz na literaturu:/172, Garcia-Mallol a kolektiv, 1999/; /173, Garcia-Mallol a kolektiv,
2000/; /174, Garcia-Mallol a kolektiv 2002/
Příklad 4.2.1.3 Dospálení plynem a uhlím za účelem snížení emisí NOx v užitkových
kotlích
Popis: Proces dospálení je modifikací techniky spalování v topeništi za účelem sníţení emisí
NOx, z velkých uţitkových kotlů. Podrobný popis procesu dospalování se uvádí v části
3.4.1.5 tohoto dokumentu.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Proces dospalování se ukázal jako účinný při
sniţování emisí NOx z velkých zařízení spalujících práškové uhlí. V Evropě se proces
předvedl u velkých elektráren spalujících uhlí ve Velké Británii (Skotsku) (600MWel, s
dospalování plynem) a v elektrárně provozované v Itálii (320 MWel, dospálení uhlím), kdy
se dosáhlo sníţení emisí NOx o 45 aţ 60 % ( v porovnání s emisemi u provozu se samotnými
nízkoemisními hořáky).
Oproti základní emisní hladině 650 mg/Nm3 při 6 % O2 by tudíţ byly emise NOx ze
zabudované dospalovací jednotky řádově 325 mg/Nm3 (při 6 % O2). Provedení závisí na
dosaţené časové prodlevě v topeništi, přičemţ se niţších emisí dosáhne s delší časovou
prodlevou, ale naopak kratší časová prodleva omezí sníţení NOx, které by se mohlo
uskutečnit.
Pouţitelnost: Proces dospalování je velmi atraktivní pro nové kotle s potřebou velkého
topeniště a je pravděpodobné, ţe bude méně vhodný pro rekonstruovaná zařízení. V ideálním
případě bude u topeniště k dispozici tak dlouhá časová prodleva, ţe lze dosáhnout
optimálního výkonu, coţ je zvláště důleţité při dospalování uhlím. Proces se však můţe
uplatnit i v blokových topeništích. Zde přitom půjde neustále o určitý kompromis, pokud jde o
NOx a/nebo uhlík v popelu, protoţe zkušenosti získané do nynější doby ukazují, ţe se ještě
můţe dosáhnout značného sníţení NOx.
V zásadě se tedy proces dá pouţít na všechny velké kotle spalující práškové uhlí ( tj. 500
MWtep. a výše). Dospalování plynem po spálení uhlí lze uplatňovat pouze v místech, kde je
k dispozici zemní plyn za ekonomicky přijatelnou cenu.
219
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Zavedením dospalování roste moţnost
zvýšeného obsahu uhlíku v popelu a v některých případech to můţe skýtat neprodejný
polétavý popílek (např. nelze pouţít ve výrobnách cementu), coţ vede ke zvýšenému
skládkování. V praxi je však zvýšení obsahu uhlíku v popelu přijatelné ( a je stále o mnoho
niţší neţ ten, ke kterému dochází při etapovém stupňování přídavku vzduchu do topeniště).
V závodě ve Velké Británii (Skotsku) byl obsah uhlíku v popelu na úrovni podobné
základním hladinám, zatímco u závodu v Itálii byl vyšší, s koeficientem 1,25. Uvaţuje-li se o
potenciálním vyuţití dospalování u specifického zařízení, stává se moţnost zvýšení obsahu
uhlíku v popelu klíčovou otázkou. Opatření k minimalizaci moţného dopadu na dospálení
znamenají zvýšit jemnost zrnění práškového uhlí (např. zvýšenou jakostí mletí a /nebo
zlepšením třídění) a prodlouţení účinné časové prodlevy v dospalovacím prostoru (např.
střídáním redukce NOx s dospalováním).
Dospalování můţe také vyvolat sníţení tepelné účinnosti kotle a to buď jako následek
zvýšeného obsahu uhlíku v popelu ( viz výše) nebo ( v případě dospalování plynem) jako
důsledek zvýšených ztrát vlhkosti, kdyţ se část tepelného příkonu získá ze zemního plynu
namísto z uhlí. Zkušenost z Velké Británie (Skotska) a z Itálie ukázala, ţe jakékoliv zhoršení
tepelné účinnosti je jen malé a můţe se s ním předem počítat.
Provozní údaje:
- dospalování plynem: dosáhlo se mezi 250 – 300 mg NOx/Nm3 při 6 % O2, coţ
představuje 60 % sníţení oproti původní hodnotě. Hladina uhlíku v popelu se oproti původní
úrovni výrazně nezvýšila. Výkon kotle se také nijak nepříznivě neovlivnil. Tepelná účinnost
se sníţila o 1 % následkem zvýšených ztrát vlhkosti, které vznikly při náhradě 20 % uhlí
zemním plynem.
- dospalování uhlím: u celé řady ve světě obchodovatelného uhlí (např. kolumbijského,
jihoafrického) se dosáhlo mezi 300 a 370 mg NOx/Nm3 při 6 % O2 a to pouze s malým
zvýšením obsahu uhlíku v popelu (oproti původní hodnotě s koeficientem 1,25 ). To nemělo
ţádný výrazný dopad na provoz kotle a tepelná účinnost se prakticky nezměnila.
Ekonomika: Náklady na zařízení procesu dospalování jsou značně specifické podle místa
pouţití a obecně se podmiňují poţadavkem ( nebo jinými) na zavedení systému recirkulace
spalin. Další opatření znamenají příslušnou míru zkvalitnění třídícího zařízení u mlýna,
přístupových zábran, regulace, aparaturního systému atd. Typické investiční náklady na
systém dospalování budou řádově od 7,8 do 15,6 Euro/kWel.
U systému dospalování uhlím bez recirkulace spalin je jakékoliv zvýšení provozních nákladů
malé, za předpokladu ţe se obsah uhlíku v popelu udrţuje na přijatelných mezích. Náklady
obvykle zahrnují navíc spotřebu elektřiny u pomocných zařízení (pro fungování třidičů a
ventilátorů OFA, pokud jsou namontovány) a zvýšené náklady na údrţbu technického
vybavení systému dospalování.
Potřeba recirkulace spalin znamená značné nároky na přídavnou elektřinu.
U dospalování plynem nad spalovaným uhlím bude rozdílnost ceny mezi dospalováním
zemním plynem a hlavní dodávkou uhlí představovat u většiny zařízení největší provozní
náklady.
220
Obr. 4.28: Změny u stávajícího kotle při pouţití dospalování s uhelnými hořáky
Motivace pro zavedení: Vývoj dospalovacího procesu probíhá v těsném spojení
s celosvětovou legislativou k emisím NOx a ekonomické výhody z dosaţení těchto limitů
pocházejí spíše z primárních opatření při spalování neţ z draţších opatření sekundárních
(např. selektivní katalytické redukce).
Odkaz na literaturu: /65, Golland a kolektiv, 1998/; /66, Hesselmann a kolektiv, 2000/
221
Příklad 4.2.1.4: Primární opatření ke snížení emisí NOx ze systémů spalování
bituminózního uhlí v granulačních kotích (kotle s granulační komorou) - oproti systémům
spalování vířivými nízkoemisními hořáky (DS hořáky).
Popis: Při protilehlém spalování jsou hořáky uspořádány v několika úrovních na přední a
zadní stěně topeniště (obr. 4.29). S namontovanými vířivými hořáky je moţný stabilní záţeh
a optimalizace opatření ke sníţení NOx u kaţdého jednotlivého hořáku.
Předpokladem účinného procesu redukce NOx je příprava optimálního paliva. Pruţný systém
mletí se zřetelem k síle a jemnosti drcení se sám o sobě zvláště dobře hodí ke spalování široké
palety paliva a nízkojakostního černého uhlí. Moderní systémy mletí tedy tvoří důleţitou
nedílnou součást uvedeného moderního systému spalování s nízkými NOx.
Kombinace nízkoemisních hořáků s dávkováním vzduchu do topeniště obr. 4.29 znamená
další sniţování emisí NOx. Tyto hořáky se provozují s téměř stechiometrickým nebo
podstechiometrickým poměrem vzduchu a zbývající spalovací vzduch je vpuštěn pouze po
určité spalovací trase. Záměrem je sníţit NO, který se na počátku tvoří v oblasti hořáku,
v následující redukční zóně.
Moderní spalovací systémy se provozují s nízkým přebytkem vzduchu. Obvyklý poměr
vzduchu je u moderních zařízení ve výši 1,15. Provozování s nízkým přebytkem vzduchu a
za optimálního provozního reţimu nízkoemisních hořáků vyţaduje v hořácích přesné seřízení
poměru palivo/vzduch. Toho se dosáhne rovnoměrným přívodem práškového uhlí ze mlýna
do příslušných hořáků a seřízením přívodu vzduchu ke skupině hořáků, které jsou umístěny
v jedné úrovni a do nichţ se přivádí palivo ze mlýna (nebo se ve výjimečných případech
přivádí vzduch ke kaţdému hořáku zvlášť).
Obr. 4.29: Vířivý hořák DS zabudovaný do kotle s protilehlým spalováním
/67, EPPSA, 2001/
222
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Na obr. 4.30 je zakreslen naměřený obsah NOx u
parogenerátoru o kapacitě páry 530 t/hod a s 8 DS hořáky (o tepelné kapacitě 80 MW)
v protilehlém uspořádání, v závislosti na poměru vzduchu v hořáku při plné zátěţi kotle. Při
velmi stabilním spalování, s obvyklým provozním poměrem vzduchu 0,95 a vysokých
hodnotách prchavé hořlaviny v bituminózním uhlí se dosáhlo okolo 280 mg NOx /m3. Četné
zkoušky týkající se atmosféry spalin u stěn topeniště ukázaly, ţe dokonce při reţimu provozu
s nízkými NOx je koncentrace kyslíku (> 1%) u stěn dostatečná k tomu, aby se vyloučila
koroze bočních stěn topeniště.
Na obr. 4.30 je na křivkách zaznamenaných pro DS hořák u zařízení ( spodní ţlutá linka)
znázorněno porovnání s hodnotami NOx dřívějších vířivých hořáků (WS hořák-tj. červená
čára uprostřed) a první generací nízkoemisních hořáků (Vortex hořák vířivý-tj. modrá horní
čára). Diagram jasně vykazuje moţnost DS hořáku sníţit NOx.
Obr. 4.30: Emise NOx u několika rekonstruovaných kotlů /67, EPPSA, 2001/
Pouţitelnost: Poměrně velký počet zařízení se stávajícími hořáky evropských i
mezinárodních trhů přechází na DS hořáky. Navzdory určitým naznačeným projektovým
kompromisům je nicméně moţné dosáhnout zřetelného sníţení NOx při nezměněném nebo
někdy dokonce lepším fungování provozu spalovacího systému. Obr. 4.30 ukazuje porovnání
hodnot NOx před a po záměně hořáků u některých typických projektů rekonstrukce (např.
jednotky A-H).
223
Příklady zahrnují značně rozdílná zařízení o výkonech aţ 650 MW a s různými jakostmi uhlí.
Jakost uhlí je důleţitým faktorem pro sníţení NOx při úpravě spalování ( viz např. obr. 4.31).
Získaly se zkušenosti s velmi širokou paletou uhlí. Obr. 4.31 uvádí šíři druhů uhlí, které lze
s úspěchem spalovat v DS hořácích.
Obr. 4.31: Výkon vířivého hořáku při pouţití různých druhů uhlí /67, EPPSA, 2001/
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: následkem zavedení DS hořáků do systémů
spalování nejsou ţádné potenciální dopady
Provozní údaje: ţádný potenciální nárůst spotřeby elektřiny
Ekonomika: ţádné přídavné provozní náklady
Motivace pro zavedení: poţadavek sníţit emise NOx
Odkaz na literaturu: /67, EPPSA, 2001/
Příklad 4.2.1.5 Spalování ve žhoucím fluidním loži ( Ignifluid)
Popis: Horký typ neboli technologie ţhnoucího fluidního loţe (Ignifluid) je spalovací
technika, která spojuje výhody konvenčních systémů fluidního spalování (FBC) jako je
flexibilita paliva, nejvyšší účinnost vyhoření uhlíku a niţší emise; s vysokým rozsahem
variací zatíţení a samostatného odvádění spečeného popela.
224
Obr. 4.32: Horký typ technologie ţhoucího fluidního loţe („Ignifluid“) /139, MATE, 2001/
Hlavní charakteristiky znamenají:
vyuţití šikmého a pohyblivého roštu při fluidním pochodu, aby se zajistilo odpovídající
rozdělení vzduchu a odstranil se spečený popel z loţe ( spečený popel představuje 85 %
inertních látek)
víceetapové spalování. Průtok vzduchu při fluidním procesu je mnohem niţší neţ je
stechiometrický poměr, tudíţ dochází ve fluidním loţi ke zplynění paliva a aby se dosáhlo
spálení, vhání se sekundární vzduch
vícestupňový systém odlučování prachu s opakovaným nástřikem vytříděných pevných
látek do fluidního loţe zadní stěnou kotle
odsiřování spalin nástřikem vápence nebo vápno-hydrátu ve stejné výši jako je injektáţ
sekundárního vzduchu
případně systém DENOX (injektáţ močoviny nebo reakčních činidel na bázi čpavku)
Tlakové části kotle se ţhnoucím fluidním loţem jsou zcela konvenční.
225
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: naměřené emise jsou následující:
Tab. 4.4: Přehled naměřených emisí ( při 6 % kyslíku)
znečišťující
látky
naměřené hodnoty
emisí (mg/Nm3)
podíl sníţení
NOx (%)
pouţité techniky
NOx 150/300 injektáţ močoviny nebo reakčních
činidel na bázi čpavku
SO2 400/600 50-85 injektáţ vápence nebo vápnohydrátu
ve stejné výši jako sekundárního
vzduchu
CO 100/150
prach 30/50 elektrostatický odlučovač
* s odsiřováním a denitrifikací
V procesu spotřebovaná elektřina činí 7-8 kWel/vyrobený MWtep.
Pouţitelnost: Tato technologie se můţe uplatnit u nových zařízení a hodí se pro velký rozsah
druhů paliv. Pokud se týká všestrannosti paliva, ukazují současné zkušenosti, ţe se mohou
spalovat téměř všechny druhy paliva, nehledě na index prchavosti, obsah popela, vlhkost nebo
zvětšení objemu. Zdá se, ţe jediným problémem je, jak získat pro správný fluidní proces
rozptyl paliva o vhodné zrnitosti a dosáhnout vysoké účinnosti spalování.
Horký typ technologie fluidního loţe se dá dobře přizpůsobit rozsahu výkonů od 20 do 300
MWtep.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého:
horký typ fluidního spalování je suchým procesem a následně neprodukuje ţádnou
odpadní vodu
horký typ procesu vytváří hlavně spečený popel, který se odstraňuje z loţe pomocí
pohyblivého roštu. Popel je vhodný pro stavební průmysl
v procesu se tvoří také jemný popel. Ten se zachycuje v koncovém sběrači prachu a můţe
se ho vyuţít jako suroviny do průmyslu výroby betonu, jako sloţku zvláštního cementu,
jako materiálu pro stavbu silnic nebo jako hnojiva
Provozní údaje: technologie ţhnoucího fluidního loţe byla vynalezena v roce 1955. Dnes je
postavena u více neţ 50-ti průmyslových závodů v 11 zemích, coţ představuje celosvětovou
kapacitu páry asi ve výši 3600 t/hod. To činí více neţ 1 400 000 hodin provozu.
Palivo: téměř všechna paliva, která podléhají fluidnímu procesu: uhlí, asfaltická
břidlice, uhelné prádlo, různé druhy biomasy
Monitorování: kontinuální měření: NOx, SO2, CO, prachu, O2, teploty a objemu spalin,
atmosférického tlaku, teploty okolního prostředí a objemového průtoku
spalin
Recyklace popela: spodní popel odstraněný z kotle je především spečený ( 85 % inertních
látek z paliva). To umoţňuje jej snadněji recyklovat (například do
stavebního průmyslu nebo při stavbě silnic)
226
Ekonomika:
Tab. 4.5: Náklady na kotel „Ignifluid“
Náklady na kotel se ţhnoucím fluidním loţem 60 MWtep. 250 MWtep.
investiční náklady (EUR) 10 000 000 23 000 000
provozní náklady/rok: jde pouze o znečišťující látky (EUR/rok) 250 000 430 000
provozní náklady/rok: mimořádná spotřeba elektřiny (EUR/rok) 64 000 110 000
provozní náklady/rok: zaměstnanci a rezervní fond (EUR/rok) 330 000 575 000
Investiční náklady, výdaje na zaměstnance a přídavné náklady jsou celkovými náklady na
zařízení a ale ne mezní náklady, které souvisejí pouze se sniţováním znečišťujících látek.
Náklady na spalování ve fluidním kotli se nesnadno porovnávají s těmi, které se vynaloţí na
technologie čištění plynů od znečišťujících látek. Dostupné informace vzbuzují dojem, ţe
spalování ve fluidním kotli nabízí poměrně nízkonákladovou metodu, jak ke sniţování emisí
SO2 tak NOx.
Motivace pro zavedení:
následkem spečení popela je moţná recyklace pevného odpadu
moţnost zaměnit palivo za provozu kotle
rychlé najetí za studena (asi 4 hod)
vysoká rychlost změny zatíţení ( asi 20 – 25 % MCR/min.), částečně následkem vysokého
obsahu uhlíku v loţi (zhruba polovinu vstupní hodnoty)
velký rozsah útlumu (cca 1/10, působením minimálně 5 větrovodů s nastavitelným
průtokem vzduchu pod roštem
při spalování nebo spoluspalování biomasy existují výhody související s vlivem
skleníkových plynů
Odkaz na literaturu: /139, MATE, 2001/
Příklad 4.2.1.6: Opatření pro elektrárny se spalováním ve fluidním kotli s cirkulujícím
ložem (CFBC) při zvýšeném záchytu síry s využitím vápence a dospalováním uhlíku,
zejména při nízké jakosti paliv, jako je vysoce sirné hnědé nebo černé uhlí (antracit ).
Popis: Systémy fluidního spalování v cirkulujícím loţi (CFBC) byly poprvé u spalovacích
zařízení zavedeny v 70. létech a dodnes se v elektrárnách pro komunální a průmyslové
vyuţití, které se provozují s ohledem na ţivotní prostředí, povaţují za spolehlivé. V roce 2001
bylo na celém světě v provozu asi 500 fluidních kotlů s cirkulujícím fluidním loţem(CFBC).
Nyní převyšují výkony pouţívaných zařízení 250 MWtep. a v současné době jsou předmětem
projektů zařízení o výkonu 600 MWtep..
Nejnověji vyvinutý fluidní kotel s cirkulujícím fluidním loţem je zaměřen na nízké emise ze
spalování paliv nízkých jakostí včetně paliv s vysokých obsahem síry a popeloviny. Dalším
cílem je nezvyšovat provozní náklady a to hlavně na vápenec a na likvidaci popela. Kromě
toho se podnikají různé kroky ke zvýšení účinnosti zařízení a ke sníţení emisí CO2 (spalování
biomasy, omezené vyuţívání vápence).
Obr. 4.33: Zařízení pro spalování vysoce sirného hnědého uhlí v cirkofluidním kotli
/118, Alstom, 2001/
227
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Klíčové přínosy a výhled týkající se NOx, SO2,
HCl, CO a účinnosti spalování se popisují dále:
NOx: Emise NOx se mohou u zařízení se spalováním v cirkulujícím loţi fluidního kotle
(CFBC) udrţovat na nízkých úrovních při uplatnění primárních opatření jako je:
vyuţití nízkých teplot topeniště asi 850°C, coţ potlačuje tvorbu tepelných NOx a
udrţuje nízkou míru přeměny dusíku vázaného na palivo na NOx
uplatnění postupného dávkování vzduchu vháněním primárního vzduchu (asi 50 %) a
zmnohonásobením mnoţství sekundárního vzduchu, přičemţ se plynu poskytne
dostatečná časová prodleva při podstechiometrických podmínkách ve spodní části
topeniště
optimalizace směšování pevných látek a plynu
Při vysokém obsahu dusíku, nebo vysoce reaktivních palivech lze zavést za nízkých nákladů
dodatečná opatření jako je recirkulace spalin nebo selektivní nekatalytická redukce (nástřik
čpavku na výstupu z topeniště nebo na výstupu z cyklonu).
SO2: Emise oxidu siřičitého ze spalování organické a pyritické síry v uhlí lze sníţit
odsiřováním „in situ“ aţ o 95 %, nebo více. Optimální teplota pro odsiřovací reakce je také
okolo 850 °C. Odsíření se dosáhne reakcí plynného SO2 a O2 na vnějším povrchu a ve vnitřní
porézní struktuře částic CaO za tvorby CaSO4. Pevné produkty se odstraňují z cirkulujícího
loţe fluidního systému společně s popelovým loţem a odfiltrovaným popílkem.
U určitých paliv, hlavně hnědouhelných, kde popel obsahuje značná mnoţství vápníku, se
hlavní emise SO2 zachytí tak zvaným „samovolným“ odsířením. V těchto případech lze
228
dosáhnout podstatného odloučení, jenţ převyšuje 95 %. U většiny dalších paliv, např.
černých uhlí neobsahuje popel výrazná mnoţství vápníku. Proto se musí přidávat do topeniště
rozdrcený vápenec o vhodné zrnitosti. Tím se dosáhne podílu odsíření 95 % nebo vyššího při
molárním poměru Ca/S obvykle 2 nebo vyšším. Vápenec se většinou nastřikuje společně
s palivem přímo do spodní části topeniště nebo dále za odizolované ústí. Poměr Ca/S závisí na
vlastní zrnitosti vápence, reaktivitě vápence a charakteristice jeho nasycení.
Optimální zrnění vápence se musí pohybovat od 50 do 500 µm, s dostatečně dlouhou časovou
prodlevou částic CaO v topeništi. Indexy nasycení a reaktivnosti se stanoví laboratorními
zkouškami podle technických norem. Stanoví se porovnáním s referenčními vzorky ze
stávajících databází. U vysoce sirnatých paliv mohou být náklady na vápenec a zneškodnění
popela značné. Proto se vyvíjejí podpůrné technologie jako je nástřik sorbentu do kouřovodu
(modifikace suchého odsiřování spalin, viz část 3.3.5.2), aby se např. zvýšila reaktivita
vápence nebo popela.
Chlor a fluor: Chlor a fluor se v palivu většinou váţou na alkalické sloţky jako je sodík
nebo draslík. Při hladinách teplot okolo 850 °C tvoří chlor a fluor plynný chlorovodík a
fluorovodík, které dále reagují při niţších teplotách s CaO. Zatímco se obvykle zachytí více
neţ 90 % HF, při přebytku vápence v popílku na filtru, mohou podíly zachycení HCl značně
kolísat. V závislosti na hladině vlhkosti ve spalinách, velikosti přebytku vápence v
odloučeném popílku a na typu filtru (elektrostatický odlučovač nebo pytlový filtr), lze
detekovat podíly záchytu HCl v rozmezí od 20 do 90 %.
Tedy při vyšším obsahu chloru v palivu, např. u uhlí z oblasti Saar v Německu, je nutné
zabudovat druhotná opatření jako je injektáţ vápna Ca(OH)2.
CO: následkem intenzivního promíchání v topeništi a v cyklonu se pásy CO rozplynou.
U určitých druhů černých uhlí, hlavně z jiţní polokoule se bude za dále zařazeným cyklonem
detekovat tvorba CO. Z důvodu nízké reaktivity těchto druhů uhlí se CO tvoří z nespáleného
uhlíku, který se hromadí na prvním konvekčním přehříváku dále za cyklonem. Tvorbě CO se
lze snadno vyhnout provozem odstředivého odfuku sazí v prostoru přehříváku.
Účinnost spalování: Přestoţe u některých fluidních zařízení s cirkulujícím loţem první
generace překročil obsah uhlíku v popílku filtru, zejména u nízkopopelnatých a málo
reaktivních druhů uhlí předpoklady dané projektem, dosáhlo se v nedávných letech značného
zlepšení účinnosti spalování. Prvním krokem ke zlepšení byla montáţ systémů opakované
injektáţe popílku z filtru u nízkopopelnatých druhů uhlí, coţ mělo za následek zlepšení
účinnosti zejména při jejich spalování. Druhým stupněm bylo další výrazné zvýšení účinnosti
spalování růstem účinnosti cyklonu, coţ vedlo k celkovému poklesu obsahu uhlíku o více neţ
50 %. Došlo k tomu vlivem změny průměrné velikosti částic cirkulujícího materiálu z více
neţ 180µm na méně neţ 100µm.
Účinnost cyklonu: Zvýšení účinnosti cyklonu vedlo asi k 50 % sníţení ztrát ze spalování a
více neţ 20 % zvýšení vyuţití vápence. Homogenní teplotní profil dále umoţnil, aby emise
NOx dosáhly méně neţ 200 mg/Nm3 v celém uhelném pásmu bez potřeby regulace teploty
topeniště buď prostřednictvím vnější vrstvy tepelných výměníků nebo vyuţitím recirkulace
plynu.
229
Pouţitelnost: Spalovací fluidní systém s cirkulujícím loţem uvedeného typu se zavádí u
elektráren o výkonu mezi 25 a 300 MWel.. Zmiňovaný přínos zlepšení účinnosti cyklonu je
přínosem zejména u paliv s vysokým obsahem síry (např. indického a tureckého hnědého
uhlí), u nízko reaktivních paliv (čínského černého uhlí) a u jemně zrnitých paliv z uhelného
prádla. V současné době je v provozu více neţ 6 zařízení se zmíněným zvýšením účinnosti
cyklonu a více neţ 15 zařízení se staví.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého:
Zjistilo se, ţe naměřené zvýšení tlakové ztráty u projektu zvětšeného cyklonu vlivem růstu
zatíţení částicemi na vstupu do cyklonu je menší neţ 2,5 milibaru. Tedy se ţádný významný
dopad na spotřebu elektřiny nezaznamenal.
Vyuţití popela ze spalování ve fluidním kotli s cirkulujícím loţem se uplatňuje méně neţ u
sádrovce z odsiřování spalin, protoţe obsahuje CaSO4 a proto se nemůţe pouţít do betonu.
Namísto toho se popel vyuţívá při stavbě silnic a při dalších aplikacích ve stavebnictví.
V současné době se však vyuţívá ze spalování v cirkulujícím fluidním loţi pouze 40 – 50 %
popelů.
Provozní údaje :
Tab.4.6: Typické emise NOx a SO2 ze zařízení fluidních kotlů s cirkulujícím loţem
druh paliva NOx
(mg/Nm3-6% O2)
SO2
(mg/Nm3- 6% O2)
účinnost odsíření
(%)
antracit a antracitová hlušina 70 220 80
ropný koks 100 50 99
uhelný kal 110 140 95
bituminózní (černé) uhlí 80 200 95
bituminózní (černé) uhlí
z východní části USA
60 100 97
hnědé uhlí o vysoké vlhkosti 140 200 90
vysoce sirnaté hnědé uhlí 160 200 98
biomasa 100
Ekonomika: Zvýšená účinnost cyklonu má dobrou návratnost investic. Prokázalo se také, ţe
montáţ zařízení s výstředným vyvíjením víření vykazuje úspory.
Motivace pro zavedení: Potřeba úspory v kombinaci s přísnějšími poţadavky na emise SO2.
Odkaz na literaturu: /118, Alstom, 2001/
Příklad 4.2.1.7 Elektrostatické odlučovače (ESP)
Popis: Elektrostatické odlučovače jsou dnes obvykle uţívaným zařízením pro zachycování a
odlučování částic nebo aerosolů z prašné atmosféry, jako jsou spaliny z procesů spalování.
(Podrobný popis uvádí kapitola 3). Typické vnější rozměry velkého elektrostatického
odlučovače jsou: výška 30 m (aktivní výška méně neţ 15 m), délka 40 m a šířka 60 m.
Doba ţivotnosti ESP můţe být i několik desítek let za předpokladu doporučené, náleţitě
prováděné údrţby. Určité součásti, jako jsou kladiva a loţiska (nebo trysky u mokrého
230
elektrostatického odlučovače) se musí pravidelně měnit po pár letech provozu jakoţto součást
běţné údrţby.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Elektrostatický odlučovač je schopen dosáhnout
nízkých emisí. Projektovaná účinnost záchytu částic můţe být vyšší neţ 99,9 % a proto lze
dosáhnou pouze několika mg emisí /Nm3. V mnohých případech se naměřily emise v rozmezí
10 mg/Nm3 a méně. Při spalování pevného paliva s vysokou popelnatostí, kdy představuje
popel vysoký měrný odpor, se mohou objevit hodnoty vyšší. Elektrostatické odlučovače jsou
velmi účinná zařízení k záchytu extrémně jemných částic ( < 0,5 µm) za předpokladu, ţe
částice jsou schopny se shlukovat. ESP jsou obvykle určeny pro velmi výkonné průmyslové
projekty, coţ vede k vysoké míře vyuţitelnosti a jsou také poměrně málo poruchové. Tedy
krátká výchylka teploty elektrostatický odlučovač neporuší a pokud se proces dostane zpět do
obvyklých podmínek, vrátí se ESP ke svému dřívějšímu výkonu.
Pouţitelnost: ESP se pouţívají k zachycování částic ze spalin téměř při kaţdé výrobě
energie. Nejobvykleji se pouţívají při spalování uhlí, ale mezi palivy je také naftový koks,
olej a různé olejové odpady, rašelina nebo orimulze a různé druhy biomasy. Suché
elektrostatické odlučovače se mají provozovat nad rosným bodem spalin, aby se zabezpečilo
odstranění popílku z vnitřních sekcí do systému odpopílkovacího zařízení. Podmínky ve
spalinách dost výrazně kolísají v závislosti na pouţití. Sloţení popílku, koncentrace popílku
ve spalinách, velikost částic, měrný odpor popílku a teplota, vlhkost, obsah SO2 a SO3 v plynu
jsou příklady parametrů, které se musí zvaţovat, kdyţ se elektrostatický odlučovač projektuje.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: ESP můţe účinně regulovat malé částice.
U moderních zařízení s nízkými emisemi (např. okolo 10 – 15 mg/Nm3) je velikost hmotných
částic pod 2,5 µm. Existuje rozdíl mezi emisemi způsobenými oklepy a obvykle opětně
strhávanými (nebo popelu, který se nemůţe vůbec odloučit). Zráty oklepem vznikají ve
formě shluků a obsahují hrubší částice. Aby se např. hmotné částice (PM)2,5, sníţily, musí mít
elektrostatický odlučovač takovou výkonnost, aby umoţnila tyto částice zachytit. Není
moţné, aby došlo praktickým způsobem k nějakému kolísání poměru mezi frakční účinností
u hrubých a u jemných částic, to znamená, ţe při sníţení mnoţství částic < 2,5 µm se také
sníţí mnoţství větších částic.
V elektrostatických odlučovačích se tvoří něco ozónu. Malé mnoţství se naměřilo za
elektrostatickým odlučovačem, ale rychle se rozplyne a dnes se nepovaţuje za problém.
Provozní údaje: Pro popílek s nízkým měrným odporem se vyuţívaná proudová hustota
v záchytném prostoru omezuje na 0,5 mA/m2, zatímco pro popílky o vyšším měrném odporu
můţe být průměrný proud při optimálním výkonu aţ 0,05 mA/m2 a dosáhne se odpovídající
úspory energie.
U těţkých polétavých popílků o vysokém měrném odporu tkví zřejmá výhoda účinného
zachycení částic ve sníţení teploty vstupního plynu. Několik let se provozovaly
elektrostatické odlučovače při teplotách plynu okolo 100 °C. Uhlí, pouţívaná u těchto zařízení
mají nízký obsah síry (< 1 %) a jakýkoliv v kotli vzniklý SO3 se absorbuje do popílku tak, ţe
nelze detekovat ţádný kyselý rosný bod. Neuvádějí se ţádné problémy se zaslepováním nebo
korozí, jejichţ příčinou by byla nízká teplota.
Tlaková ztráta v ESP je běţně < 200 Pa. Další součásti, které potřebují energii jsou hlavně
ohříváky výsypek ( mohou vykazovat řádově 3 – 5 kW/výsypku) a ohříváky izolátorů (asi 1
kW na izolátor). Elektřina pro oklepové zařízení je oproti ostatním součástem zanedbatelná.
231
Plášť elektrostatického odlučovače by měl být plynotěsný, tj. neměl by vykazovat přisávání
vzduchu. Pokud k přisávání dochází, můţe působit bodové ochlazení a korozi a také vrstvení
spalin, coţ potom můţe měnit proud a napětí tak, ţe se zhoršuje účinnost. Plynotěsný, dobře
izolovaný elektrostatický odlučovač by neměl vykazovat větší pokles teploty neţ 2 – 3 oC.
Poţadavky na údrţbu jsou poměrně malé. Statistika z Austrálie v letech 1970 ukázala, ţe
90% problémů s výkonností ESP bylo následkem špatného fungování systémů odvádějících
popílek. S dobrým a spolehlivým systémem transportu popílku je dnes obvyklé, ţe je u
elektrostatického odlučovače třeba jen jedné důkladné prohlídky za rok. K tomu obvykle
dochází, kdyţ se provádějí údrţbářské práce na celém zařízení. U nových a dobře
udrţovaných zařízení lze dosáhnout účinnosti > 99 %. Po určitých letech by se měly
pohyblivé a namáhané části vyměnit a to se běţně provádí během roční prohlídky.
Ekonomika: Investiční náklady na elektrostatický odlučovač mohou být docela vysoké. Na
kaţdou kWh lze předpokládat výdaje v rozmezí 16 – 53 EUR. Šíře rozmezí závisí na
nákladech místní montáţe, nákladech na výstavbu ( které mohou značně kolísat) a na velikosti
kotle a elektrostatického odlučovače (coţ závisí na účinnosti a sloţení popílku). Často dochází
k podstatnému sníţení investičních nákladů, pokud se úprava spalin s popílkem o vysokém
měrném odporu zavede hned při počátku výstavby, a ne aţ při pozdější rekonstrukci.
Náklady na provoz a údrţbu jsou většinou nízké. Rozdíl závisí na velikosti rozsahu, na
místním hodnocení spotřeby elektřiny a nákladech na údrţbu.
Motivace pro zavedení: nízké hodnoty emisí pevných částic
Odkaz na literaturu: /74, Alstom, 2001/
Příklad 4.2.1.8 Vyuţití optimalizace programového vybavení
Popis: Optimalizaci systému tvoří řada optických čidel namontovaných na horní část
topeniště a na síti čidel vloţených do proudu spalin. Signál z kaţdého čidla se přenáší do
počitačového systému, který signál zpracuje a zobrazí příslušné ukazatele:
232
Obr. 4.34: Optimalizace systému pomocí počitače / 175, Petek, 2002/
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Kaţdé zařízení má odlišné cíle optimalizace, takţe
se mohou pouţít softwarové systémy jako nástroj k získání mnoha rozličných výsledků.
V následujícím přehledu se uvádějí potenciální přínosy, kterých lze dosáhnout vyuţitím
systémů optimalizace k bilancování a dokonalejšímu spalování a to:
zlepšený tepelný výkon (aţ 2 %)
sníţení teploty plynu na výstupu z topeniště
sníţení NOx (aţ o 25 %)
sníţení ztráty při ţhnutí (aţ 50 %)
sníţení CO
sníţené hladiny O2
lepší vyuţitelnost jednotky – méně nucených výpadků
čistší stěny topeniště, méně škváry (strusky) při konvekčním proudění
sníţené vyuţití přihřívání a přehřátého nástřiku
méně poškozených potrubí při rozţhavení a poruch v potrubí
zmenšený odfuk sazí
bezpečný provoz vlivem sníţeného rizika explozí způsobených nahromaděním paliva
v určitém prostoru
Pouţitelnost:u nových i stávajících zařízení
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého:
233
Provozní údaje: Přínosem optimalizace a to spíše lokálním neţli globálním je, ţe se
nastavení hořáku i kotle můţe zaměřit na nápravu specifických problémů v určitých
oblastech. Například pokud by jeden hořák trpěl nedostatkem vzduchu a produkoval by
hořlaviny (ztráta ze ţhnutí a CO), můţe problém napravit obsluha tím, ţe zvýší průtok
vzduchu do všech hořáků, protoţe neví, který hořák problém způsobil. Výsledkem je, ţe
všechny ostatní hořáky dostanou více vzduchu neţ je nutné a následkem toho se vytvoří více
NOx. Lepší metodou je soustředit se přímo na tento problém pomocí nastavení, které se
zaměřuje přímo na problémovou oblast. Účelem optimalizace systému je poukázat na zdroj
problému, (tj. v tomto případě specifický hořák) a to umoţňuje obsluze napravit problém
lokálně. Techniky optimalizace se tudíţ zaměřují na optimalizaci celého kotle při identifikaci
a udrţování co nejlepšího souboru klíčových ukazatelů spalování v kaţdém jednotlivém bodě
napříč kotlem.
Ekonomika: není k dispozici
Motivace pro zavedení: lepší provoz, méně údrţby a niţší hladiny emisí
Odkaz na literaturu: /175, Petek, 2002/
Příklad 4.2.1.9 Moderní řízení místních podmínek spalování při snižování NOx a zlepšení
výkonu kotlů spalujících černé a hnědé uhlí
Popis: Účinnost kotle a tvorba NOx v průmyslových kotlích značně závisí na správném
rozloţení paliva a vzduchu v topeništi. Tento příklad řízení technologie se zakládá na
kombinaci strategií rovnoměrného spalování v místě a na zavedení moderních systémů
monitorování průběhu spalování, coţ umoţňuje vyuţít přesnější regulace spalování při řešení
obvyklých situací i při nerovnoměrném spalování. Systém umoţňuje měření koncentrace
plynu prováděnou uvnitř prostoru topeniště průmyslových kotlů, zejména v blízkosti hořáků
(obr. 4.35). Tím lze dosáhnout nejen výrazného zlepšení výsledků výkonnosti kotle (tj.
účinnosti kotle, emisí NOx, škvárování, obsahu uhlíku v popelu, spotřeby pomocných
surovin) ale také umoţnit bezpečnější a pruţnější provoz průmyslového kotle.
Obr. 4.35: Specifikace podmínek spalování pomocí moderních systémů monitorování
234
Zavedené monitorování umoţňuje měření a vyhodnocování místních koncentrací plynů (O2,
CO, CO2, NOx, SO2 ) v těch prostorách topeniště, které mají obvykle vysokou teplotu a které
jsou při tradičním projektu kotle omezeně přístupné. Účelem těchto měření je umoţnit
provozovateli charakterizovat a řídit podmínky spalování v jakémkoliv jednotlivém bodě
uvnitř kotle, aby bylo moţno optimalizovat tepelný výkon, spotřebu pomocných surovin,
emise znečišťujících látek a škvárování (struskování). Takové informace o spalování v daném
místě umoţňují povaţovat jednotku za soubor zdánlivě malých jednotek, z nichţ kaţdé slouţí
samostatný hořák. Cílené nastavení a regulace kaţdé z těchto menších jednotek vede k
celkové optimalizaci výkonnosti kotle.
Pouţitelnost: Tato nová koncepce prováděného měření uvnitř topeniště průmyslových kotlů
umoţňuje, aby se otvory pro měřící aparaturu umístily v potřebném místě, aniţ by se
omezovaly pouze na revizi můstků a spojek začleněných do původního návrhu kotle. Tímto
způsobem je moţné provádět měření na úrovni kaţdého hořáku v kotli bez jakýchkoliv
významných stavebních úprav u jednotky. Proto se můţe předloţená technologie regulace
uplatnit jak u stávajících zařízení, tak u nových.
Tab. 4.7 ukazuje charakteristiky 16 stávajících spalovacích zařízení na uhlí ve Španělsku a
Portugalsku, kde se tato moderní technologie řízení v současné době vyuţívá. Tyto tepelné
jednotky představují různé projekty kotlů (se spalováním od klenby, proti klenbě, s čelním,
tangenciálním) a druhy spalovaného paliva ( od hnědého uhlí po antracit a naftový koks).
Tab. 4.7: Pouţití moderní technologie řízení u kotlů na uhlí
projekt kotle
(typ
spalování)
výkon
(MW el.)
oočet
jednotek
rozdělení hořáků typ paliva
přední stěna zadní stěna
klenba 270 1 12 12 antracit
klenba 330 1 12 12 antracit
antracit+ naftový koks
klenba 350-360 2 12 12 antracit
klenba 360 1 12 12 antracit + černé
klenba 360 2 12 12 antracit
antracit+ naftový koks
klenba +
protilehlý
315 1 vertikální 8 vertikální 8 antracit + černé
(bituminosní) horizontální 8 horizontální 8
čelní 160 1 4 vertikální úrovně
(4 hořáky v úrovni)
okrajové + černé
čelní 315 2 4 vertikální úrovně
(4 hořáky v úrovni)
černé
čelní 360 2 6 vertikálních úrovní
(4 hořáky v úrovni)
černé + hnědé
tangenciální 560 2 6 vertikálních úrovní)
(4 hořáky na úroveň)
černé
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Pouţití této technologie přineslo sníţení NOx
okolo 30 – 60 % a podstatné zlepšení celkové výkonnosti zařízení (tj. zvýšení tepelného
výkonu jednotky aţ o 1 %).
Tabulka 4.8 ukazuje specifické přínosy pro ţivotní prostředí, které se při pouţití této
technologie dosáhly u tepelných elektráren s různými projekty kotlů)
235
Tab. 4.8: Charakteristické snížení emisí NOx v elektrárnách na práškové uhlí s příslušnou
technologií
typ kotle výkon
(MW el.)
sníţení
NOx (%)
NOx (mg/Nm3, 6% O2) zvýšení účinnosti
kotle (%) původní minimální dosaţené
klenbový 270-360 20-60 1600-2000 800 1,0-2,0
tangenciální 560 10-30 700-900 450 0,5-1,5
čelní 160-360 > 15 600-1100 - 1) 0,4-1,2 1)
program optimalizace ke sníţení NOx je v současné době ve stadiu vývoje
Provozní údaje: Obr. 4.36 uvádí některé specifické výsledky získané při pouţití této
technologie u 330 MWel. elektrárny na práškové uhlí s klenbovým kotlem
Tato optimalizace se zaměřila na:
přiměřené nastavení celkového přebytku kyslíku, udrţování odpovídající stechiometrie u
kaţdého jednotlivého hořáku
nastavení typu plamene ( na základě vhodné regulace přívodu vzduchu a provozu mlýnů)
identifikaci optimálního počtu aktivních hořáků pro kaţdé provozní zatíţení
zavedení omezeného mnoţství topného oleje ke spalování do specifických zón
Všechna tato nastavení se provedla proto, aby napomohla přiměřené regulaci jednotlivých
provozních podmínek u kaţdého hořáku na základě lokálního měření v průběhu spalování
Obr. 4.36: Výsledky zjištěné u kotlů při spalování práškového uhlí od klenby (antracit) a od
čelní stěny (černé a hnědé uhlí)
Vysvětlivky k obrázku:arch fired boiler= kotel se spalováním od klenby; NOx reduction =
sníţení NOx; boiler performance = výkonnost kotle; emission limit = emisní limit; mills =
mlýny; class = třída; coal supply = přívod uhlí; oxygen content at furnace exit = obsah kyslíku
na výstupu z topeniště; oxygen content at burner levels = obsah kyslíku v úrovních hořáků;
front-wall boiler = čelní strana kotle; coal supply per burner = přívod uhlí na jeden hořák;
6 levels of 4 front-burners = 6 řad po 4 čelních hořácích; pet-coke = naftový koks.
236
Obr. 4.36 také předkládá výsledky získané u 360 MWel. elektrárny se spalováním od čelní
stěny za pouţití tohoto přístupu při zachovávání obsahu kyslíku v blízkosti zadní stěny, ( coţ
odpovídá spodní části kaţdého plamene). Zaznamenaly se výrazné rozdíly mezi
koncentracemi kyslíku, nalezenými u konce kaţdého plamene ( měřeno 1 m od zadní stěny).
Tyto rozdíly mezi horními a niţšími řadami hořáků potvrzené také měřením CO souvisely
s nerovnoměrnými přísuny uhlí, které se u tohoto kotle zjistily.
Měření na výstupu z topeniště také prokázala další nevyrovnanost mezi koncentracemi
kyslíku v blízkosti čelní a zadní stěny, které by se mohly přisoudit rozdílům v typu plamene.
To se také potvrdilo pomocí měření obsahu kyslíku v různých vzdálenostech (tj. v 1m, ve 2m
a ve 3m) od zadní stěny. Na základě tohoto typu informací se u kotle provedlo seřízení, aby se
regulovaly podmínky spalování. Tato měření obvykle umoţňují u kotlů se spalováním od
čelní stěny sníţit emise NOx o více neţ 15 % a zlepšit měrné teplo jednotky aţ o 1 %.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Kromě přímých přínosů pro ţivotní
prostředí, které se jiţ uváděly, nabízí navíc tato technologie moderního řízení s pokročilou
regulací spalovacích podmínek následující výhody:
zvýšení stability plamene
regulaci tvorby vysoce redukčních oblastí uvnitř topeniště, tedy se sniţuje struskování a
koroze potrubí v topeništi
sníţení potřeb temperování páry
sníţení emisí CO
sníţení obsahu uhlíku v popelu
zlepšení jakosti popela
sníţení spotřeby energie pro pomocná zařízení
bezpečnější a pruţnější provoz kotle
Ekonomika: Zavedení předloţené technologie také vytváří důleţité ekonomické přínosy
vyplývající ze:
zvýšení účinnosti kotle
zvýšení měrného tepla jednotky
sníţení provozních nákladů
sníţení nákladů na údrţbu
sníţení nevyuţité kapacity jednotky a tedy sníţení ztrát při výrobě energie v důsledku
odstavení jednotky
Investice do této technologie jsou v současné době ve výši 300 000 – 700 000 EUR a to
v závislosti na jednotlivých charakteristikách dotyčné jednotky (kapacitě, projektu, základním
provozu atd.).
Motivace pro zavedení: Vedle sníţení nákladů na palivo je hlavním důvodem pro pouţití
technologie jak redukce tvorby NOx tak optimalizace měrného tepla nebo škvárování pomocí
nastavení obsahu kyslíku a rozdělení teplot v topeništi.
Odkaz na literaturu: /176, Caňadas a kolektiv, 2001/; /177, Rodríguez a kolektiv, 2002/;
/178, ECSC, 2001/
237
4.2.2 Příklady pouţitých technik ke zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích
zařízení na černé a hnědé uhlí na ţivotní prostředí
Příklad 4.2.2.1: Rekonstruované granulační kotle spalující práškové černé uhlí s primární
redukcí NOx a sekundárním odsiřováním a snižováním NOx.
Popis: Zařízení uvedené jako příklad bylo dáno do provozu v roce 1983 v Německu a v roce
1999 mělo jmenovitý tepelný příkon 1820 MW, hrubý elektrický výkon 750 MWel a střední
čistý elektrický výkon 675 MWel. V období let 1983 – 1989 bylo vybaveno pračkou pro
mokrou vápencovou metodu (s účinností odsíření > 85 %) a systémem selektivní katalytické
redukce. Elektrostatický odlučovač sniţuje emise prachu s účinností záchytu > 99 %.
Z ekonomických důvodů se v roce 1997 kotel rekonstruoval, aby se sníţily koncentrace NOx
v surovém plynu a zvýšila se elektrická účinnost zařízení.
Dovybavení rekonstruovaného zařízení o primární regulaci NOx: Popsané opatření bylo
motivováno očekávaným sníţením nákladů vlivem poklesu spotřeby čpavku v systému
selektivní katalytické redukce, delší dobou ţivotnosti katalyzátoru, sníţenou potřebou
elektřiny pro systém sacích ventilátorů a vyšší účinností kotle ovlivněnou niţším přebytkem
vzduchu. Souladu s hodnotami emisních limitů pro NOx se jiţ dosáhlo se stávajícím
systémem selektivní katalytické redukce. Překrývání axiálního a radiálního dávkování
vzduchu umoţnilo v těsné blízkosti stěny topeniště dosáhnout vysokého obsahu O2 a nízkého
obsahu CO. To poskytlo účinnou ochranu proti korozi. Vlivem vyuţití nízkoemisních hořáků
( při poměru přebytku vzduchu λ<1) a dospalovací zóny v horní části kotle (při poměru
přebytku vzduchu λ > 1) se mohl celkový podíl přebytku vzduchu sníţit z 1,3 na 1,25. Změny
provozních údajů následkem těchto opatření jsou uvedeny v tab. 4.9.
Tab. 4.9: Porovnání příslušných provozních údajů před a po rekonstrukci stávajícího zařízení
se zavedením primárních opatření k redukci NOx.
parametr jednotky provozní údaje
před úpravou
dosaţené provozní
údaje po úpravě
NOx za kotlem Mg/Nm3 (6% O2) 850 250-300
emise CO Mg/Nm3 (6% O2) < 10 < 10
Spalitelná hořlavina v popílku % cca 1 2-3
spotřeba čpavku kg/hod 600 < 275
minimální aktivita katalyzátoru m/hod 21 není k dispozici potřeba elektřiny pro:
- ventilátor čerstvého vzduchu
- systém sacích ventilátorů
- ventilátor pro odsiřování
kW
kW
kW
5600
5420
3400
není k dispozici
teplota vypouštěného plynu oC 130 cca 128
účinnost kotle % 92,53 > 92,83
přihřívák pro injektáţ % 1,7 cca 0,3
238
Na výkonu se uspořilo 2,53 MWel . To znamená nárůst čisté elektrické účinnosti o 0,14 %.
Dalšího sníţení podílu přebytku vzduchu na 1,15 by bylo moţné dosáhnout změnou
projektovaného vyhřívání povrchu, coţ by způsobilo další zvýšení čisté elektrické účinnosti o
0,2 %. To se nezavedlo z důvodů nízké efektivnosti nákladů. Nevyměnily se staré uhelné
mlýny. Nové by mohly sniţovat obsah spalitelné hořlaviny v popílku.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Popsané modernizační úpravy kotle sníţily
spotřebu pomocných materiálů jako je čpavek a potřebu elektrické energie. Dosáhlo se měrné
úspory CO2 na jednotku vyrobené energie.
Pouţitelnost: Modernizační opatření se sice uskutečnila u určitého specifického zařízení, ale
obecně je lze pouţít s vyššími podíly přebytku vzduchu i na další granulační kotle. Úpravy
kotle se ale nemohou stát normou a proto se musí plánovat a provádět případ od případu.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Čištění spalin produkuje popílek
(elektrostatický odlučovač), odpadní vodu a sádrovec (odsíření). Provoz systémů čištění
spalin sniţuje čistou elektrickou účinnost zařízení.
Provozní údaje: V roce 1999 byl závod v provozu po 5855 hodin a vyrobilo se 3107,3 GWh
elektřiny s elektrickou účinností 37,1 %. Zařízení se projektovalo pro provoz s čistou
elektrickou účinností 38,3 %. Naměřily se následující emise do ovzduší:
Tab.4.10: Naměřené emise do ovzduší v roce 1999
hodnoty naměřených
emisí při 6 % O2
měrné emise
(g/MWhel)
způsob
měření
obsah O2 (%) 7 kontinuální
provozní stav Plné zatíţení
průtokový objem spalin (m3/hod) 2 500 000
prach (mg/Nm3) < 10
1) 37 kontinuální
SO2 (mg/Nm3) 150
1) 556 kontinuální
podíl emisí síry (%) 10 kontinuální
NOx (mg/Nm3) 190
1) 704 kontinuální
CO (mg/Nm3) 12
1) 44 kontinuální
HCl (mg/Nm3) < 30 jednorázové
HF (mg/Nm3) < 3 jednorázové
Poznámka:
1) roční střední hodnota při 6 % O2 odpovídá denní střední hodnotě za běţného provozu
Při manipulaci s uhlím na sloţištích dochází k fugitivním emisím. Roční emise se odhadují
na 102 kg/r. Aby se emise sníţily, provedlo se zakrytí stanice vykládky uhlí a vybudoval se
podzemní systém přepravy uhlí. Spálilo se 1081,5 kt černého antracitového uhlí ze dvou dolů
v Německu a 3597 t těţkého topného oleje. Charakteristiky pouţitého uhlí uvádí tab. 4.11:
239
Tab. 4.11: Průměrné ukazatele spalovaného antracitového uhlí
výhřevnost (MJ/t) 26 500
obsah vody (%) 8
obsah síry (%) 0,7-0.9
obsah popeloviny (v sušině) (%) 7,5 – 10
těkavá hořlavina (v sušině) (%) 32 – 38
dusík (daf) (%) 0,9 – 1,6
průměrné zrnění (mm) 0 – 20
obrusnost, Hardgrovův index oH ) 42 – 55
chlor (v sušině) (%) < 0,45
Průtokový objem odpadní vody z celého závodu činil 280 m3/hod. Nějakých 80 m
3/hod
pochází z úpravy kondenzátu a ostatních zdrojů výroby páry. Po neutralizaci a sedimentaci se
tato odpadní voda vypustila do řeky se střední koncentrací nečistot, jak ukazuje tabulka 4.12.
Voda z chladící věţe (160 m3/hod) se vypustila do řeky bez úpravy. Po neutralizaci, sráţení,
flokulaci, sedimentaci, biologické úpravě a filtraci se odpadní voda z odsiřování (40 m3/hod)
vypustila do řeky se střední koncentrací nečistot jak ukazuje tabulka 4.12.
Tab. 4.12: Koncentrace znečištění v odpadní vodě z úpravy kondenzátu a dalších zdrojů
procesu výroby páry
AOX CHSK Pcelkový Ncelkový Cr Cd Cu Pb Ni
koncentrace
(mg/l)
<0,05 28,4 0,35 15 < 0,005 < 0,0005 0,17 < 0,01 < 0,01
měrné zatíţení
(g/MWhel)
4,26 0,11 2,25 0,026
statistická
hodnota
střední střední střední střední
Tab. 4.13: Koncentrace znečištění odpadních vod z procesu odsiřování
NL sírany siřičitany fluoridy Hg sirníky Cd Ni
koncentrace
(mg/l)
25 900 <1 7 <0,005 <0,02 0,01 0,05
měrné zatíţení
(g/MWhel)
1,9 68 0,5
stat. hodnota střední střední střední střední Střední
NL = nerozpustné látky
Právní poţadavky na redukci hluku jsou závislé na nejbliţším příjemci hluku, v tomto případě
obydlené oblasti, která se nachází 300 m od závodu. Příslušné poţadavky týkající se hluku se
splnily pouţitím akustických absorbentů, zakrytím jednotlivých zařízení, akustickými
zástěnami okolo chladící věţe a visutými protihlukovými zátarasy.
240
Ekonomika: Celkové investice na závod činily 791 mil. EUR včetně systémů čištění spalin
(1983–1989). Elektrostatické odlučovače stály 39,5 mil. EUR, rekonstrukce s odsiřováním
111,2 mil. EUR a úprava pro provozování selektivní katalytické redukce 38 mil. EUR.
Popsané rekonstrukční úpravy pro primární sníţení NOx vyţadovaly investice 6 mil. EUR.
Investice pro redukci fugitivních emisí ( kapotáţ stanice vykládky uhlí a systém podzemní
přepravy uhlí) dosáhly 12,5 mil. EUR.
Motivace pro zavedení: Důvodem pro rekonstrukční úpravu kotle bylo zlepšení ekonomiky
provozu a vyšší účinnost. Odsíření a systém selektivní katalytické redukce se zavedly v 80.
letech s ohledem na niţší hodnoty emisních limitů, které vstoupily v té době v platnost.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
Příklad 4.2.2.2 Rekonstrukční úpravy granulačního kotle pro práškové hnědé uhlí
s primární redukcí NOx, koncovým odsířením a zvýšením účinnosti.
Popis: Uvedený příklad zařízení provozovaného v Německu obsahuje 6 stejných jednotek a
má čistý elektrický výkon 6x 465 MWel , hrubý výkon 6x 500 MWel a aţ 6x 58 MWtep.
energie se odebírá pro dálkový rozvod tepla. Hnědé uhlí se těţí v nedalekém povrchovém
dole. Rozdrcené hnědé uhlí se plní do kotle s nuceným oběhem s tangenciálním vytápěním a
s mokrými uhelnými mlýny s deflegmátorem vzduchu. Kaţdá jednotka obsahuje dva kotle a
turbinu pro odběr páry.
Spaliny se potom čistí a vypouštějí se do ovzduší z chladící věţe s přirozeným tahem. Kotle
vyrábějí páru o 176 barech a 535 oC. Při přihřívání jsou parametry páry 44,4 barů/540
oC.
Modernizační úprava jednotek se prováděla mezi lety 1991 a 1995. Přijatá opatření se
zaměřila na sníţení emisí do ovzduší a na zvýšení účinnosti.
Opatření ke zvýšení účinnosti: Čistá elektrická účinnost se zvýšila z 32,5 na 35,7 %. Toho
se částečně dosáhlo záměnou jednotky nízkotlaké parní turbiny. Hlavní zvýšení účinnosti se
dosáhlo úpravou kotle, která se prováděla především proto, aby se sníţily emise NOx.
Pomocí postupného dávkování vzduchu a paliva se mohl průtokový objem spalin sníţit z 1,4
mil. m3/hod na 1,15 mil. m
3/hod. Teplota spalin tudíţ poklesla z 200 na 170
oC. Malá část
nárůstu účinnosti pocházela z modernizace 9 chladících věţí. Jednotlivá opatření a jejich
dopady na účinnost se objevují společně na obrázku 4.37. Zlepšení účinnosti vedlo v letech
1991 – 1996 k celkovému sníţení CO2 (skleníkový plyn) o 1 296 545 tun.
241
Obr. 4.37: Zvyšování účinnosti /92, VEAG, 2000 /
Primární opatření ke sníţení NOx: Emise NOx se sníţily na polovinu tj. < 200 mg/Nm3 za
pomoci následujících opatření:
přinejmenším 80 % spalovacího vzduchu se do kotle zavedlo regulovaným způsobem,
postupným dávkováním. Aby se tento poţadavek mohl splnit, musel se kotel izolovat, aby
se sníţil podíl neregulovaného spalovacího vzduchu o 65 %
sníţením koeficientu podílu vzduchu v hořácích na 1 aţ 0,85
zavedením optimalizovaného oddělování paliva od škváry pomocí separátoru
recirkulací studených spalin
pouţitím odstupňovaného spalování
zajištěním úplné přeměny CO pomocí dvouúrovňové injektáţe přehřátého dospalovacího
vzduchu
Odsiřování: Kaţdý kotel byl vybaven jednotkou mokrého odsiřování spalin. Hlavní nádrţe
jsou vyrobeny z vysoce jakostní oceli. Koncentrace SO2 v surovém plynu dosahovala hodnot
aţ 7700 mg/Nm3. Nebylo nutné zabudovat by-pass pro odprašování spalin. Vyčištěný plyn se
zavedl do chladících věţí potrubím vyrobeným z plastů vyztuţených skelnými vlákny.
Výstup průchodem chladícími věţemi eliminuje potřebu přihřívání vyčištěného plynu.
Redukce prachu: Stávající elektrostatické odlučovače se rekonstruovaly a dosáhly účinnosti
odloučení nad 99 %. Navíc dochází k odprášení v mokré odsiřovací jednotce.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Zvýšení účinnosti o 3,2 % následně sníţilo
spotřebu paliva a emise CO2 o 10 %. Mokré odsiřování sníţilo koncentraci SO2 ve spalinách z
4000 – 5000 mg/Nm3 na hodnoty < 200 mg/Nm
3. Primární opatření ke sníţení NOx mají
speciální význam, protoţe nejenţe sníţily emise NOx na polovinu, ale také zvýšily účinnost o
2,2 %.
242
Pouţitelnost: Elektrostatický odlučovač a mokré odsiřování spalin jsou standardním
opatřením k redukci emisí z energetických závodů spalujících hnědé uhlí. Primární opatření
ke sníţení emisí NOx se mohou ve většině případů zabudovat, ačkoliv vyţadují mnohem více
individuálních plánů neţ opatření koncového čištění. Opatření ke zvýšení účinnosti, jako je
zvýšená účinnost kotle, modernizace turbin a výkonnější chladící systémy, se dají v zásadě
vyuţít i na ostatní zařízení.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Čištění spalin produkuje popílek
(elektrostatický odlučovač) odpadní vodu ( mokré odsiřování spalin) a sádrovec (mokré
odsiřování spalin). Provoz systémů čištění spalin sniţuje čistou elektrickou účinnost zařízení
o 0,7 %.
Provozní údaje:
Tab. 4.14: Naměřené emise do ovzduší v roce 1999
monitoring střední roční hodnoty
jednotlivých jednotek
při 6 % O2
střední roční hodnoty
celého zařízení při
6% O2
měrné emise
(g/MWhel. netto)
obsah O2 (%) konti 5,4
průtokový objem
spalin (m3/h)
konti 865 000
prach (mg/Nm3) konti < 20 (před odsířením)
3 (za odsířením)
3
0,91
SO2 (mg/Nm3) konti 140-200 170 51,51
podíl emisí síry (%) konti 2,7-5 3,8 -
NOx (mg/Nm3) konti 164-188 176 53,31
CO (mg/Nm3) konti 164-200 182 55,15
HCl (mg/Nm3) jednotlivé < 11) 11) 0,30
HF (mg/Nm3) jednotlivé < 11) 11) 0,30 1) střední hodnota jednotlivých měření
Spálilo se 24 693,4 kt hnědého uhlí ( ekvivalentních 1,13 kg/kWhel) a 7482 t lehkého topného
oleje. Charakteristiky spáleného hnědého uhlí vykazuje tabulka 4.15
Tab. 4.15: Charakteristiky spalovaného hnědého uhlí
střední hodnoty referenčního
roku
rozsah limitů u hnědého uhlí z
blízkého dolu
výhřevnost (MJ/t) 8611 7600-9000
obsah vody (%) 55,3 48-56
obsah síry (%) 0,93 0,5-1,4
obsah popela (%) 9,3 5,5-15,2
Spotřebu nejdůleţitějších dodávek pomocného materiálu ukazuje tabulka 4.16.
Tab. 4.16: Spotřeba nejdůleţitějších dodaných pomocných materiálů v roce 1999
pomocný materiál vápenec NaOH HCl NH4OH H2SO4
pouţití mokré odsíření Úprava vody
spotřeba (t/rok) 684 000 357 487 12 1230
měrná spotřeba (g/MWhel) 31 400 16 22 0,6 56
243
Potřeba vody pro celý závod při plném zatíţení činila 11 000 m3/hod. Chladící věţe odpařily
5800 m3/hod a vypouštěná voda z chladícího systému do sousední řeky činila 7580 m
3/hod.
Celkový průtok odpadní vody dosáhl 1087 m3/hod. Část tohoto průtoku (516 m
3/hod)
pocházel z úpravy napájecí vody do chladících věţí, změkčování vody, výroby páry a dalších
minoritních zdrojů. Tato odpadní voda se buď upravila sráţením, flokulací a sedimentací,
nebo se vypustila do kanalizace k úpravě mimo závod.
Tab.4.17: Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě za úpravnou
AOX CHSK Pcelkový Ncelkový Zn Cr Cd Cu Pb Ni
Rozmezí
naměř.hodnot
koncentrací
(mg/l)
0,02-0,038 15-24 0,05-0,07 0,2-2,8 0,01-0,05 <0,1 <0,03 0,01-0,04 0,002-0,04 <0,01
Střední roční
koncentrace
(mg/l)
0,03 19,2 0,06 1,7 0,04 <0,1 <0,03 0,03 0,02 <0,01
Měrné zatíţení
(g/MWhel)
0,06 4,12 0,01 0,36 0,01 0,06 0,005
Poznámka: jedná se o přídavnou odpadní vodu z věţe, změkčování, výrobu páry a dalších okrajových zdrojů.
Údaje jsou z roku 1999 pro zdroje uvedené pod souhrnnými 516 m3 /hod
Tab. 4.18: Odpady produkované v roce 1999
spodní popel popílek sádrovec z odsíření
mnoţství (t/rok) 491 000 1 815 000 1 210 200
měrné mnoţství
(kg/MWhel)
0,022
0,083
0,055
vyuţití
/zneškodnění
průmysl cementu;
úprava krajiny
zpevňování hrází,
náspů
zpevňování odvalů pro ukládání
sádrovce a v krajinné architektuře;
materiál pro cementářský a
stavební průmysl
průmysl výroby sádry;
částečně se skládkuje pro
další pouţití k plnění
hnědouhelného dolu
Právní poţadavky pro regulaci emisí hluku jsou závislé na blízkosti příjemce hluku, v tomto
případě obydlené aglomerace, která je asi 1300 m od závodu. Příslušné poţadavky se splnily
pomocí tlumičů sacích ventilátorů v průchodech spalin a montáţí odhlučňovacích panelů.
Ekonomika: Celkové investice na rekonstrukci činily 1759 mil. EUR (1996).
To souvisí s měrnými investicemi 643 EUR /kWel. Tabulka 4.19 ukazuje investice na
jednotlivá opatření při rekonstrukci.
Tab. 4.19: Investice na rekonstrukci
Modernizace provozu náklady (mil. EUR)
zařízení pro mokré odsiřování 1154
sníţení NOx 176
modernizace 24 elektrostatických odlučovačů 12,3
sanitarizace 9 chladících věţí 115
modernizace turbin 85
modernizace regulace a přístrojové techniky 267
244
Motivace pro zavedení: Důvody pro modernizaci elektrostatických odlučovačů a realizaci
mokrého odsiřování a primárních opatření pro sníţení emisí NOx spočívaly v přísnějších
hodnotách emisních limitů, které vstoupily v roce 1996 v platnost. Bez těchto opatření by se
závod musel zavřít. Motivem pro modernizaci kotle byla povinnost sníţit emise NOx, ale to
pomohlo také značně zvýšit účinnost a tudíţ zlepšit ekonomickou stránku provozu.
Optimalizace účinnosti se realizovala především s ohledem na ekonomické důvody.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/; /92, VEAG, 2000/
4.2.3 Příklady technik uplatněných u nových velkých spalovacích zařízení na černé a
hnědé uhlí
Příklad 4.2.3.1: Kogenerační závod s kombinovaným cyklem spalování práškového černého
uhlí v granulačním kotli s čištěním spalin
Popis: Kotel spalující černé uhlí se provozuje společně v kombinovaném cyklu s plynovou
turbinou, kde je součástí parního cyklu spalinový kotel u kotle vytápěného černým uhlím.
Tento kombinovaný provoz umoţňuje vysoké energetické výkony a účinnosti při různém
zatíţení, jak ukazuje tab. 4.20.
Obr. 4.38: Kotel spalující černé uhlí společně v kombinovaném cyklu s plynovou turbinou
/140, NWS, 2000/
Tab. 4.20: Údaje o výkonu při různém reţimu provozu /140, NWS, 2000/
reţim provozu pouze elektřina kogenerace tepla a elektřiny
výkon
(MWel.)
účinnost η
(čistá el.)
(%)
výkon
(MWel.)
účinnost η
(čistá el.)
(%)
výkon
(MWtep. )
koef. celk.
účinnosti
(%)
kombinovaný provoz 397 44 355 38 280 70
jen kotel 302 41,2 246 34,7 280 72
jen plynová turbina 65 36 63 35 87 83
245
Uhlí ze světového trhu se mele v 6 uhelných mlýnech, ještě předtím neţ se spálí ve 12
kombinovaných hořácích s etapovým spalováním. Průtočný kotel (typ Bensonův) má hořáky
ve třech úrovních. Po vyčištění se spaliny vypouštějí do ovzduší komínem o výšce 250 m,
který je ze ţelezobetonu a má zároveň vnitřní vyzdívku odolnou proti kyselinám. Parametry
páry turbiny jsou po ohřevu 274 barů /545 ºC a 61 barů / 569 ºC. Hybrid mokro-suché
chladící věţe o výšce 42 m emituje aţ 420 MW tepla. Plynová turbina se jmenovitým
tepelným příkonem 184 MW je vybavena 24 hybridními hořáky v mezikruţí spalovací
komory. Podmínky v plynové turbině jsou 17 barů/ 1160 ºC. Odcházející plyn (560ºC) se
vyuţívá v dvoutahovém kotli Bensonova typu k výrobě páry (64 barů/ 540ºC). Ochlazené
spaliny potom emitují do ovzduší bez jakéhokoliv dalšího čištění.
Opatření k optimalizaci výkonu: Čistá elektrická účinnost při kombinovaném provozu
dosahuje 44 % a součinitel celkové účinnosti 70 % a to při následujících jednotlivých
opatřeních:
vyuţitím kombinovaného provozu s plynovou turbinou: při plném zatíţení roste čistá
účinnost o 2,8 % oproti provozu samostatného kotle. Ve srovnání s alternativou
vypouštění plynu, můţe předloţený proces při spojení kotle na uhlí s plynovou turbinou
(tj. horké spaliny plynové turbiny se pouţijí jako spalovacího vzduchu do kotle na uhlí)
dosáhnout také vysokých účinností za podmínek částečného zatíţení. Čistá účinnost
zůstává při 50 % zatíţení na svém maximu, ale ještě lze při pouhém 25 % zatíţení
dosáhnout dokonce 40 % účinnosti.
provozem při vysokých parametrech kvůli podmínkám parní turbiny
optimalizováním techniky parní turbiny
sníţením potřeb pomocné energie ( např. pro provoz účinného odsíření a systému
s indukovaným tahem)
vyuţitím regeneračního ohřevu u napájecí vody (247 ºC)
vysokou účinností kotle (94,4 %)
optimalizací kondenzátoru
provozem vysoce účinné plynové turbiny (36 % čisté účinnosti)
Hybridní mokro-suchá chladící věţ se nainstalovala, aby preventivně clonila nedalekou
zabydlenou oblast. Poţadovaný ventilační systém má spotřebu elektřiny 3 MW.
Opatření ke sníţení emisí NOx: S nízkoemisními hořáky lze dosáhnout v surovém plynu
kotle vytápěného černým uhlím koncentrace NOx 350 mg/Nm³. Následný systém selektivní
katalytické redukce je umístěn ve vysoce prašném prostoru a sniţuje obsah NOx na úroveň
stanovenou legislativou tj. 130 mg/Nm³ ( při 6 % O2). Byly jím vybaveny dvě jednotky o
celkovém objemu 250 m³. Spotřeba čpavku můţe být aţ 100 kg/hod.
Odsiřování: Mokrá vápencová pračka s účinnosti odsíření 96 – 98,5 % je vyrobena ze
základního materiálu ST 37 a ten je pokryt vysokolegovanou korozivzdornou ocelí. Potrubí a
roury jsou vyrobeny z epoxidové pryskyřice se skelnými vlákny. Spotřeba elektřiny v systému
dosahuje aţ 3,4 MW. Vakuový filtr odvodňuje sádrovec na 10 % obsahu vody.
Odprašování: Čtyři řady elektrostatických odlučovačů o celkové ploše 61 400 m2 sniţují
zatíţení prachem o 99,92 %.
246
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Zavedení kombinované techniky umoţňuje, aby se
získaly vysoké účinnosti při různém zatíţení a reţimech provozu. Primární a sekundární
opatření vedou k nízkým emisím do atmosféry. Opětné vyuţití odpadní vody sniţuje spotřebu
vody (odpadní voda z úpravy po odpopílkování a voda z úpravy po odsiřování se pouţívají k
chlazení). Hybridní mokro-suchá chladící věţ je skutečně na vrcholu bez oblaku páry a
odpařuje asi o 20 % méně vody neţ chladící věţ s přirozeným tahem.
Pouţitelnost: U popsaného typu závodu existují místně specifické poţadavky a to: potřeba
dálkového rozvodu vytápění, dostatečné zdroje vody a přepravní zařízení pro uhlí.
Rozhodnutí rekonstruovat a modernizovat stávající kotel na černé uhlí a vybavit jej plynovou
turbinou závisí proto na místních podmínkách.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Katalyzátor v zařízení pro selektivní
katalytickou redukci je třeba pravidelně vyměňovat. Provoz systému odsíření sniţuje čistou
elektrickou účinnost o 0,38 %, chladící věţ ji sniţuje oproti chladící věţi s přirozeným
tahem o 0,33 %.
Provozní údaje: V roce 1999 se vyrobilo 1100 GWh čisté elektřiny a 286 GWh tepla pro
centrální zásobování teplem. Počet odpovídajících hodin plného zatíţení činil 3860. Tabulka
4.21 ukazuje emise do ovzduší v roce 1999 z kotle na černé uhlí a z plynové turbiny.
Tab. 4.21: Naměřené úrovně emisí v roce 1999
kotel spalující černé uhlí plynová turbína
naměřená
úroveň emisí
měrné emise
(g/MWh el.)
naměřená úroveň emisí
obsah O2 (%) 5,9 15
stav provozu jmenovitý tepelný příkon 700 MWtep.
(kombinovaný provoz)
jmenovitý tepel. příkon 180 MWtep.
(jednoduchý a kombin. provoz)
průtok. objem
spalin (m³/hod)
900 000 1)
550 000
prach (mg/Nm³) 5 1)
13,47
SO2 (mg/Nm³) 20 1)
56,89
NOx (mg/Nm³) 90 1)
254,49 70 3)
CO (mg/Nm³) 16 1)
44,91 20 3)
HCl (mg/Nm³) 2 2)
5,99
HF (mg/Nm³) 0,2 2)
0,60
Vysvětlivky:
1) kontinuální měření, roční střední hodnota při 6 % O2
2) střední hodnota z jednorázových měření
3) kontinuální měření, denní střední hodnota při 15 % O2
V roce 1999 se spálilo nějakých 360 000 t černého uhlí (antracitu) z různých částí světa. Dále
se spálilo 106 Nm³ zemního plynu a 1800 t lehkého topného oleje. Spotřeba nejdůleţitějších
dodávek vedlejších surovin ukazuje tab. 4.22.
247
Tab. 4.22: Spotřeba důleţitých dodávaných pomocných materiálů v roce 1999
pomocný materiál pouţití spotřeba ( t/rok) měrná spotřeba (g/MWh el.)
vápno odsiřování 470 430
mletý vápenec 9000 8200
NaOH úprava odpadní
vody
120 110
HCl 230 210
H2SO4 50 46
FeCl2 520 476
NH3 SCR * 890 815
Vysvětlivky: * selektivní katalytická redukce
Spotřeba vody v chladící věţi činí 540 m³/hod. Z tohoto mnoţství se vypustilo 37 % do
nedaleké řeky a zbytek se odpařil. Tento výtok obsahoval znečištění jako je CHSK (20 mg/l),
fosfor (0,2 mg/l) a dusík (23 mg/l). Údaje v závorkách jsou průměrnými hodnotami roku
1999. Odpadní voda z odsiřovacího zařízení se upravila v samostatném zařízení
s flokulačními činidly a následnou sedimentací. 50 % této vody se potom pouţilo jako
chladící voda a zbývajících 50 % se vypustilo do řeky. Koncentrace znečištění v této odpadní
vodě ukazuje tab. 4.23.
Tab. 4.23: Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě z odsiřovacího zařízení po úpravě
střední hodnota ze 2-3 měření (mg/l) měrné zatíţení (g/MWh el)
chlor 40 000 1,20E + 03
CHSK < 150 4,49 E + 00
zinek < 1 2,99 E – 02
chrom < 0,5 1,50 E – 02
kadmium < 0,05 1,50 E – 03
měď < 0,5 1,50 E – 02
olovo < 0,1 2,99 E – 03
nikl < 0,5 1,50 E – 02
nerozpustné látky 17 5,09 E – 01
sírany 1542 7,61 E + 01
siřičitany 2 5,99 E – 02
fluoridy 8 2,40 E – 01
rtuť 0,007 2,10 E – 04
sirníky 0,07 2,10 E – 03
Poznámka: měření v letech 1998/1999
Tab. 4.24: Odpady produkované v roce 1999
popel standardní
jakosti
kotelní
kámen
vápenný kal
z úpravy přídavné
vody chladící věţe
jemnozrnný
sádrovec z odsíření
spalin
mnoţství (t/r) 21000 3100 2500 14000
měrné mnoţ.
(kg/MWh el)
19,0 2,8 2,3 12,7
vyuţití /
zneškodnění
průmysl
cementu a betonu
průmysl
staveb. hmot
cementářský průmysl,
hnojivo
průmysl sádry a
cementu
248
Právní poţadavky na sníţení hluku jsou závislé na blízkosti příjemce hluku, v tomto případě
obydlenou oblast, která je vzdálena od zařízení asi 400 m. Příslušné poţadavky týkající se
hluku se splnily pouţitím tlumičů ventilátorů, akustických clon okolo chladící věţe a
obloţením fasády panely.
Ekonomika: Celkové investice činily 615 mil. EUR v době uvedení do provozu. To souvisí
s měrnými investicemi 1549 EUR /kWel.
Motivace pro zavedení: Původním důvodem pro stavbu zařízení byla potřeba nahradit tři
staré kotle na uhlí. Tyto tři kotle z 50. a 60. let nabízely provoz s vysokou míru flexibility.
Jedním z hlavních důvodů realizace kombinované techniky byla moţnost udrţet vysokou
míru flexibility. Vysoká účinnost u částečně zatíţeného provozu a krátké doby najíţdění a
odstávky provozu se staly klíčovými výhodami. Hybridní mokro-suchá chladící věţ se jiţ
pouţívala u stávajícího zařízení na tomtéţ místě a prokázalo se, ţe splňuje poţadavky. Tedy
se pouţila i u nového závodu, aby předešla viditelnému oblaku páry. Protoţe je přirozené
okolí místa zasazeno do údolí, jsou pro emise do ovzduší stanoveny poměrně nízké hodnoty
emisních limitů.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/; /140 NWS, 2000/; /179, Lehmann a kolektiv, 2000/
Příklad 4.2.3.2 Práškové uhlí spalované v granulačním kotli s mokrým odsiřováním spalin
a selektivní katalytickou redukcí
Popis: Elektrárna uvedená jako příklad byla uvedena do provozu v Německu v roce 1994. Má
jmenovitý tepelný příkon 1370 MW. Maximální celkový elektrický výkon je 553 MWel. hrubé
elektřiny, 508 MWel. čisté elektřiny a 300 MW tepla. Projektovaná čistá elektrická účinnost je
42,5 %. Uhlí ze světových trhů se před spálením v 16 turbulentních hořácích s etypovým
spalováním mele ve 4 uhelných mlýnech. Hořáky jsou umístěny ve 4 úrovních. Po vyčištění
se spaliny vypouštějí do ovzduší přes chladící věţ o výšce 141,5 m. Parametry parní turbiny
po ohřevu jsou 262 barů/545°C a 53 barů/ 562 °C.
Opatření pro optimalizaci účinnosti :
vysoké parametry páry
optimalizované turbiny
hlavní zařízení jsou vybudována v jedné linii
Primární a sekundární opatření pro sníţení NOx:
nízkoemisní hořáky umoţňují dosáhnout koncentrace NOx v surovém plynu < 500
mg/Nm3
zařízení pro selektivní katalytickou redukci s třemi vrstvami katalyzátoru umístěné ve
vysokoprašné zóně
Odsíření: Mokré odsiřování spalin za pouţití křídy jako absorbentu; bez ohřevu vyčištěných
spalin; účinnost odsíření > 95 %
Redukce prachu: Elektrostatický odlučovač s účinností odloučení > 99 %
249
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Vysoká čistá elektrická účinnost vedla
k ekonomickému vyuţití primárních zdrojů (uhlí) a k nízkým měrným emisím CO2. Primární
i sekundární opatření dospěla k nízkým emisím do ovzduší.
Pouţitelnost: Místo pro potenciální postavení závodu popsaného typu vyţaduje poptávku po
teple pro centrální rozvod tepla, dostupnost dostatečných zdrojů vody a vhodné přepravní
zařízení pro dopravu uhlí.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Zbytkové odpady, které vznikají z čištění
spalin jsou:
polétavý popílek (elektrostatický odlučovač)
odpadní voda a sádrovec z odsiřovacího zařízení
vyčerpaný katalyzátor, který se musí u zařízení SCR pravidelně vyměňovat
provoz odsiřovací jednotky sniţuje čistou elektrickou účinnost
Provozní údaje: V roce 1999 bylo zařízení v provozu po 5782 hodin a vyrobilo se 2481,3
GWhel čisté elektřiny a 168,8 GWh tepla k centrálnímu zásobování teplem. Závod dosáhl
40,4 % průměrné čisté elektrické účinnosti a 44,26 % průměrné celkové účinnosti. Tab. 4.25
ukazuje emise do ovzduší v roce 1999 z kotle na černé uhlí a z plynové turbiny .
Tab. 4.25: Hodnoty naměřených emisí v roce 1999
úroveň naměřených
emisí
(půlhodinová střední
hodnota při 6 %O2)
měrné emise
(g/MWhel)
způsob
měření
obsah O2 (%) 4
provozní stav plné zatíţení
průtokový objem spalin (m3/hod) 1 580 000
prach (mg/Nm3) 3 9,11 kontinuální
SO2 (mg/Nm3) 52 158,38 kontinuální
NOx (mg/Nm3) 167 483 kontinuální
CO (mg/Nm3) 23 66,49 kontinuální
HCl (mg/Nm3) < 1,73 jednorázové
HF (mg/Nm3) < 0,2 jednorázové
V roce 1999 se spálilo nějakých 782 kt černého uhlí (antracitu) ze světového trhu. Kromě
toho se spálilo 4170 t lehkého topného oleje. Spotřebu dodávek nejdůleţitějších pomocných
materiálů uvádí tab. 4.26.
Tab. 4.26: Spotřeba důleţitých dodaných pomocných materiálů v roce 1999
pomocný materiál pouţití spotřeba (t/rok) měrná spotřeba (g/mwhel)
křída
(jemné bílé vápno)
odsíření spalin 16 139
588
6500
237
H2SO4 úprava vody 603 244
FeCl3 396 159
NH3 SCR 605 244
250
Chladící systém se napájí vodou z Baltického moře bez jakékoliv prováděné demineralizace.
Aby se předešlo korozi, je celé potrubí chladícího systému vyrobeno z titanu. Zahuštěná
chladící voda se při plném zatíţení vrací zpět do moře při průtokové rychlosti 950 m3/hod.
Koncentrace nečistot v tomto výtoku ukazuje níţe uvedená tabulka.
Tab. 4.27: Koncentrace znečištění ve výpusti z chladícího systému (měření je z roku 1999)
střední koncentrace
(mg/l)
měrné zatíţení
(g/MWhel)
Cl 0,3 0,56
AOX 0,117 0,22
CHSK 35 65,5
fosfor (celkový) 0,191 0,36
dusík (celkový) 0,47 0,88
Potřeba vody pro systém odsiřování spalin se naplňuje směsí mořské a sladké vody ze zdroje.
Úprava výtoků z odsiřování spalin tvoří proud odpadní vody (70 m3/hod.), který se také
vypouští do moře. Koncentrace znečištění odpadní vody z odsiřovacího zařízení po úpravě se
uvádí dále.
Tab. 4.28: Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě z odsiřovacího zařízení po úpravě
střední hodnoty koncentrace
(mg/l)
měrné zatíţení
(g/MWhel)
AOX 0,0383 0,002
CHSK 71 3,57
Zn < 1 0,05
N (celkový) < 10 0,5
Cr < 0,01
Cd < 0,01
Cu < 0,01
Pb < 0,1 0,005
Ni < 0,02
nerozpuštěné látky < 30 1,5
sírany < 2000 100,7
siřičitany < 20 1,00
fluoridy < 30 1,5
Hg < 0,001
sirníky < 0,2 0,1
Poznámka: měření se provádělo v roce 1999
251
Tab. 4.29: Odpady produkované v roce 1999
mnoţství
(t/rok)
měrné mnoţství
( kg/MWhel)
vyuţití / zneškodnění
spodní popel (loţový) 14 150 6 průmysl stavebních hmot
popílek 81 350 30 průmysl stavebních hmot
sádra z odsiřování spalin 26 300 10 průmysl stavebních hmot
sádrovec 2020 0,8 uloţení odpadu na skládce
kal z úpravy přídavné vody
do chladící věţe
733 0,3 uloţení odpadu na skládce
Právní poţadavky na redukci hluku jsou závislé na nejbliţším příjemci hluku, v tomto případě
na obydlené oblasti, která je vzdálená okolo 820 m od závodu. Příslušné poţadavky na hluk se
splnily pouţitím tlumičů ventilátorů, akustických clon, kapotáţí a zamezením periodických
změn tahů a tlaků.
Ekonomika: Celkové investice činily 615 mil. EUR v době uvedení do provozu. To souvisí s
měrnými investicemi 1,118 EUR /kWel.
Motivace pro zavedení: Elektrostatický odlučovač, mokré odsíření spalin, primární redukce
NOx a selektivní katalytická redukce se pořídily proto, aby se splnily hodnoty emisních
limitů. Optimalizace účinnosti se realizovala především z ekonomických důvodů.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
Příklad 4.2.3.3 Kotel se spalováním v cirkulujícím fluidním loži v podnicích veřejných
služeb (komunální sféře) a k průmyslové výrobě elektřiny.
Popis: Zvyšující se přísnost poţadavků na ochranu ţivotního prostředí směřuje k nátlaku na
výrobce kotlů i provozovatele ( jak v komunální, tak průmyslové sféře), aby realizovali u
procesů spalování pevných paliv řešení ohleduplné k ţivotnímu prostředí. Z tohoto hlediska je
kotel s cirkulujícím fluidním loţem pozoruhodnou koncepcí výroby elektřiny s niţšími
emisemi. Hlavní důvod úspěšnosti topenišť s cirkulujícím fluidním loţem spočívá v jejich
schopnosti splňovat zvláště přísné poţadavky na ochranu ţivotního prostředí u emisí SO2 a
NOx bez potřeby dalšího odlučovacího vybavení. Fluidní topeniště mohou spalovat
značně široký rozsah druhů paliv o nízké výhřevnosti a vysoké popelnatosti.
252
Obr. 4.39: Spalování v průmyslovém cirkofluidním kotli
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: SO2 vznikající během spalování ve fluidních
topeništích se můţe úspěšně zachytit v přidaném vápencovém sorbentu. Mnoţství přidaného
vápence je přímo úměrné jeho jakosti. Ideální vápencové aditivum by mělo být amorfní,
reaktivní a mělo by mít obsah vápence převyšující 90 %. Sírou zatíţený popel tvoří prodejný
suchý odpadní produkt.
Nízkoteplotní proces spalování (většinou s poloviční hodnotou teploty konvenčního kotle) a
postupný přídavek vzduchu působí výrazný pokles mnoţství NOx vytvořeného jak ze
vzdušného, tak palivového dusíku.
Pouţitelnost: Topeniště s cirkulujícím fluidním loţem jsou zvláště vhodná pro velké a střední
velikosti kotlů na výrobu elektřiny.
Přenos vlivů prostředím: Nejčastějšími problémy souvisejícími se spalováním ve fluidním
loţi je eroze a koroze. Hlavními důvody těchto problémů jsou velké hmotnosti inertního
materiálu, které nepřetrţitě cirkulují a redukční atmosféra uvnitř podávacího zásobníku
komory topeniště.
Provozní údaje: Emise SO2, které unikají během spalovacího procesu se zachycují v příměsi
vápence. Účinnost odsíření závisí na faktorech jako je teplota komory topeniště, obsah síry
v palivu, jakost vápence a na rozptylu zrnění. Nízká teplota spalovacího procesu (850 – 870
ºC) je pod teplotou, při které se tvoří dusíkaté znečišťující látky ze spalování, tudíţ jsou
omezeny tepelné emise NOx ze vzdušného dusíku. Postupným rozvodem vzduchu v
podávacím zásobníku komory topeniště se sniţuje mnoţství NOx vytvořených z dusíku
v palivu.
253
Oproti kotlům na hnědé uhlí, mají černouhelné kotle tendenci vykazovat vyšší hodnoty emisí
CO. Spalování černého uhlí můţe zvýšit obsah CO v systému, pokud došlo k podstatnému
omezení frekvence odfuku sazí z povrchů vedení tepla, které jsou za cyklonem.
Tabulka 4.30, uvedená dále, ukazuje porovnání mezi dosaţenými emisemi a hodnotami, které
garantují pro emisní znečištění výrobci kotlů u tří fluidních kotlů se spalováním černého uhlí,
které se provozují v Polsku (závody A a B). Výsledky měření jsou vztaţeny k 6 % obsahu O2
v suchých spalinách.
Tabulka 4.30: Porovnání dosaţených a výrobcem garantovaných hodnot emisního znečištění
u tří fluidních kotlů spalujících černé uhlí, které se provozují v Polsku.
znečišťující
látka
Zařízení A
(mg/Nm3)
Zařízení B
(mg/Nm3)
zařízení C
(mg/Nm3)
naměřené garantované naměřené garantované naměřené garantované
SO2 121-141 300 80-168 200 290-320 400
NOx 176-181 250 162-171 200 85-154 300
CO 81,1-84 250 84-96 250 105-224 250
popel 28 50 26 50 15-23 50
Ekonomika: Porovnají-li se hodnoty s kotlem na práškové palivo o stejné kapacitě
(vybaveným nízkoemisními hořáky a vnějším zařízením na odsiřování spalin) při dosaţení
stejného přínosu pro ţivotní prostředí, jsou investiční náklady na spalování v cirkulujícím loţi
fluidního kotle niţší. Fluidní kotle s cirkulujícím loţem také potřebují menší prostor
k vybudování, coţ z nich dělá zvláště vhodná zařízení pro rekonstrukci stávajících zařízení.
Fluidní kotle s cirkulujícím loţem nabízejí účinnější, niţší nákladovou alternativu k tradičním
metodám omezování emisí. Tyto tradiční nástroje redukce jsou obvykle postaveny u
elektráren jako přídavná zařízení, tedy zvyšují výdaje a také sloţitost elektrárny a znamenají
sníţení její účinnosti. Naproti tomu se technologie fluidního kotle s cirkulujícím loţem
soustřeďuje na celkové zlepšení systému, který má mnohem niţší emise, ale zároveň
poskytuje mnohem vyšší účinnost.
Motivace pro zavedení: Aţ donedávna se procesy spalování černého uhlí v zásadě vyvíjely
tak, ţe se kvůli zvýšení účinnosti zvedla kapacita. Nyní, protoţe se působení na ţivotní
prostředí stalo kritériem poţadavku na projekt elektrárny, se na cirkofluidní kotle pohlíţí jako
na účinnější a méně nákladné technologie neţ jsou konvenční procesy spalování uhlí.
Fluidní kotle s cirkulujícím loţem mohou splňovat jak normy na emise SO2, tak na NOx bez
přídavného vybavení k omezování znečištění. Tato skutečnost spojená s niţšími investičními
náklady, poměrně malým prostorem, kterého je pro montáţ zařízení zapotřebí a s moţnostmi
spalovat podřadnější druhy levnějšího pevného paliva jsou mnohé z výhod, které zaručují
budoucí rozvoj této technologie spalování.
Odkaz na literaturu: /195, Polsko, 2001/
254
4.3 Současná spotřeba a úroveň emisí
Tato část poskytuje informace o současných sledovaných (měřených) úrovních emisí do
ovzduší, vody a půdy z velkých spalovacích zařízení (závodů). Uvádějí se informace o
palivech pouţívaných v tomto sektoru, jejich chemických a fyzikálních vlastnostech a rozsahu
nečistot, které lze obvykle očekávat. Pokud budou k dispozici, zařadí se údaje, týkající se
informací o účinnostech zařízení a o odpadech a vedlejších produktech, které mohou vznikat
v různých provozech velkých spalovacích zařízení a promítnou se také jakékoliv moţnosti
volby recyklace a opětného vyuţití výstupních toků v rámci celého procesu.
Tam, kde se projeví vzájemná závislost mezi rozličnými vstupy a výstupy, vyspecifikuje se
při více médiích míra sloţitosti, například tam, kde se pojednává o různých parametrech
společně nebo tam, kde se provedla určitá záměna tak, ţe nelze dosáhnout určitých úrovní
zároveň.
Pokud moţno, budou se posuzovat údaje o výkonech včetně podrobností o provozních
podmínkách (např. procentuelním podílu z celkového výkonu), vzorkování a analytických
metodách a statistických hodnotách (např. průměrech, maximech, rozsahu). Údaje o
současných výkonech se mohou porovnávat s odpovídajícími normami stanovenými
legislativou státu nebo legislativou mezinárodní.
Současné údaje o emisích v tomto dokumentu se obvykle uvádějí jako hodinové nebo denní
průměry nebo jako hmotnostní koncentrace emisí na jednotku vyrobené elektrické nebo
tepelné energie. Ředění plynů nebo odpadní vody se povaţuje za nepřijatelné. Emise do
vody, které se uvádějí, se běţně zakládají na kvalifikovaném náhodném vzorku nebo slitém
vzorku za 24 hod. Standardními podmínkami je teplota 273 K, tlak 101,3 kPa, naměřený
obsah kyslíku, vztaţeno na suchý plyn.
4.3.1 Černé a hnědé uhlí pouţívané ve velkých spalovacích zařízeních (LCP)
Černé a hnědé uhlí jsou v současné době dominantními palivy ve velkých spalovacích
zařízeních (LCP) Evropské unie. Zásoby uhlí se vytvářely jako výsledek komplexu
anaerobních biochemických reakcí za působení teploty, tlaku a času v podzemních vrstvách
rostlinného odpadu, tedy obohacením obsahu původního organického materiálu uhlíkem a
uhlovodíky. Chemické vlastnosti uhlí jsou závislé na vlastnostech různých chemických sloţek
přítomných v odpadu z prapůvodních rostlin, na povaze a rozsahu změn a na formě a
mnoţství přítomné anorganické hmoty.
Prvním nevyzrálým produktem ve sledu procesu zuhelnatění je rašelina, zatímco posledním
stupněm zuhelnatění je antracit. Stupeň změny chemického sloţení uhlí v řadě fosilních paliv
od rašeliny k antracitu je znám jako jakostní třída uhlí a odpovídá nárůstu ekvivalentní
energie uhlí (kalorická hodnota – výhřevnost). Základem pro klasifikaci uhlí podle jakostních
tříd jsou vlastnosti uhlí, které se zjistí jejich chemickou analýzou a určité další faktory, jako
je charakteristika spékání.
255
Primární, technická analýza udává informace o chování uhlí při spalování (např. vlhkosti,
prchavé hořlavině, vázaném, neprchavém uhlíku)
Elementární analýza přináší informace, které napomohou při výběru uhlí pro výrobu páry
(např. o celkovém uhlíku, vodíku, dusíku, kyslíku, výhřevnosti, teplotě tavení popela,
obrusnosti a obsahu síry)
Vyvinuly se tři hlavní klasifikační systémy, které se zakládají na primární analýze uhlí. Jsou
to: (jedná se o normy pro stanovení chemických a fyzikálních vlastností látek, v tomto případě
uhlí)
ASTM klasifikace vyvinutá v USA
FRB/NCB klasifikace vyvinutá ve Velké Británii
Mezinárodní kodifikační systém pro třídy střední a vysoké jakosti uhlí a Mezinárodní
kodifikační systém pro vyuţití nízkojakostního uhlí, vyvinuté UN/ECE.
Podle klasifikace ASTM existují 4 třídy na bázi vázaného uhlíku a prchavé hořlaviny
(v sušině bez minerálních látek) a podle výhřevnosti (vztaţeno na základ s vlhkostí bez
minerálních látek) a to:
Antracit
Bituminózní uhlí (černé)
Sub-bituminózní uhlí (středně a vysoce prouhelněné), hnědé
Lignit (hnědé uhlí málo prouhelněné)
Podle klasifikačního systému FRB/NCB existuje 9 hlavních tříd, které jsou zaloţeny na
obsahu prchavé hořlaviny (v sušině bez minerální látky) a na koksovatelnosti čistého
materiálu (Gray- Kingova zkouška), coţ tvoří 4 třídy:
antracit
uhlí s nízkou prchavou hořlavinou
uhlí se střední prchavou hořlavinou
uhlí s vysokou prchavou hořlavinou (obsahující 6 podskupin)
Podle mezinárodního systému klasifikace UN/ECE se uhlí definují jako uhlí vyšší jakostní
třídy a niţší jakostní třídy podle jejich spalného tepla (vztaţeno na základ s vlhkostí
bezpopelnatého materiálu) a střední odrazivosti vitrinitu v oleji: tyto třídy se dále dělí na
podtřídy. Vyšší jakostní třídy uhlí se dělí na uhlí o střední a vysoké jakosti, zatímco niţší
jakostní třídy uhlí se dělí na lignit a sub-bituminózní uhlí (hnědé uhlí).
Je velmi důleţité vědět co nejvíce o vlastnostech určitého pevného paliva, aby bylo moţné
vhodným způsobem navrhnout zařízení velkého spalovacího závodu a jeho vybavení tak, aby
se dosáhlo co nejlepšího výkonu. Důleţité je rovněţ, aby se určité velké spalovací zařízení
vytápělo palivem, pro které se toto zařízení projektovalo, nebo alespoň palivem s podobnými
vlastnostmi. To zajišťuje vysokou dlouhodobou výkonnost, stejně jako bezporuchový provoz
a optimální působení na ţivotní prostředí.
256
Tab. 4.31: Analytické údaje obvyklé u tříd uhlí (obecná praxe) /58, Eurelectric, 2001/
charakteristika
jednotky
hnědé
uhlí
uhlí
bituminózní
(černé)
bituminózní (černé)
s nízkou prchavou
hořlavinou a
poloantracit
antracit
Voda veškerá % přijatého 30 – 70 2 – 20 2 – 20 2 – 20
Popel % přijatého 5 – 40 1 – 30 1 – 30 1 – 30
Prchavá hořlavina Vdaf (% daf) 40 – 66 > 22 8 – 22 < 8
Neprchavý uhlík Cfdaf (% daf) 35 – 60 55 – 85 85 – 92 > 92
Celkový uhlík Cdaf (% daf) 60 – 80 80 – 95 90 – 95 92 – 95
Vodík Hdaf (% daf) 4,5 – 6,5 4,5 – 6,5 3,5 – 4,5 3 – 8
Kyslík Odaf (% daf) 12 – 30 1,5 – 14 1,2 – 6 1,2 – 5
Síra Sdaf (% daf) 0,5 – 4,7 0,3 – 4,5 0,5 – 1 0,5- 0,8
Spalné teplo Qs daf (MJ/kg daf) 23 – 35 32 – 38,5 35 – 38 35 – 38
Výhřevnost Qi MJ/kg sur. 6,3-30,1 26-32 25-32,3 30-31,4
Vysvětlivky: daf*=hořlavina (bezvodý a bezpopelnatý stav);
Výhřevnost, údaj z příručky EVT (1990)
Sloţení hnědého uhlí a černého uhlí se značně liší, jak znázorňuje tabulka 4.32. To platí i pro
koncentraci těţkých kovů a stopových prvků v hnědém a černém uhlí. Číselné hodnoty
uvedené v tabulce 4.32 jsou příklady jednotlivých vzorků uhlí z různých oblastí.
Tab. 4.32: Koncentrace těţkých kovů a stopových prvků v uhlí z různých oblastí
/85, Itkonen a Jantunen, 1989/
hodnoty
( mg/kg)
Austrálie Kanada USA Polsko Rusko a CIS Západní Evropa
popelnatost (%) 12,5 12,9 9,9 15,9 15,4 14,4
Arsen (As) 1,4 2,9 8,7 3,4 4 18,5
Stříbro (Ag) 0,86 <1,7 < 1,6 0,74
Bárium (Ba) 280 500 210 240
Berylium (Be) 1,4 0,8 1,9 1,6 0,7 2
Bór (B) 12,3 58 46
Kadmium (Cd) 0,06 0,3 0,24 0,73 0,27 0,2
Chrom (Cr) 7,4 7,4 13,9 16,3 40 18,7
Měď (Cu) 13,3 16,9 16,6
Chlór (Cl) 300 300 800
Kobalt (Co) 6,2 5,3 3,2 6,2
Césium (Cs) 1,92 3,3 0,9 1,3
Fluor (F) 62 82 55
Hafnium (Hf) 1,1 1,6 1,2 0,7
Rtuť (Hg) 0,04 0,05 0,11 0,09 0,12 0,131
Lantan (La) 13,9 11,3 10,4 11,1
Mangan (Mn) 132 149 19 200 135 80
Molybden (Mo) 0,9 1,6 5,3 < 1,1 < 1,1 < 0,87
Nikl (Ni) 9,5 7,3 10,7 < 24 21 < 12,5
Olovo (Pb) 4,8 6,8 8,6 32 12,2 9,9
257
Rubidium (Rb) 16,1 23 12,3 21
Antimon (Sb) 1,15 1,6 0,65 1,12
Skandium (Sc) 5,6 5,9 6,9 5,4
Cín (Sn) < 26 < 62 < 57 < 25
Selen (Se) 0,8 1,1 3,9
Thorium (Th) 2,3 3,3 4,2 4,1 3 3,5
Titan (Ti) 0,15 0,1 0,5
Uran (U) 0,7 1,2 1,1 1,7 1,4 1,47
Vanad (V) 14,8 30 23,3 38 39 43
Zinek (Zn) 19 8,9 14,1 < 27 < 6,6 < 3,2
Zirkon (Zr) 47 39 28 18,3
Vliv jakosti uhlí na výkon spalovacího zařízení ukazuje schematicky obr. 4.40
Obr. 4.40: Vliv jakosti uhlí na výkon spalovacího zařízení
4.3.2 Účinnost spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí
Obr. 4.41 a 4.42 ukazují celkovou účinnost elektráren v Evropě, spalujících uhlí vztaţenou k
jejich výkonu a roku uvedení do provozu.
258
Obr. 4.41: Celková účinnost uhelných elektráren v Evropě vztaţená ke kapacitě (výkonu)
/ 110, Karkaras a Grammelis, 2000/
Obr. 4.42: Účinnost uhelných elektráren v Evropě vztaţená k roku uvedení do
provozu /110, Karkaras a Grammelis, 2000/
Tab.4.33 ukazuje energetickou účinnost (vztaţenou na výhřevnost, netto) u různých typů
technologií dobře fungujících velkých spalovacích zařízení, spalujících různé druhy pevného
paliva.
259
Tab. 4.33: Charakteristické energetické účinnosti (výhřevnost netto) u různých technologií
spalování ve velkých spalovacích zařízeních /58, Eurelectric, 2001/.
technologie spalování ve
velkém spalovacím
zařízení
PC PC PC PC CFBC
(re-mo)
IGCC PBFBC
(re-mo)
elektrický výkon (MWel.) 600 412 412 2x808 250 318
tlak páry (bary) 180 250 300 268 163 115 94
teplota páry ºC 2x540 2x560 3x580 547 2x565 507 513
tlak kondenzátoru (mb) 33 20 21 40 44 70 44
chladící systém mořská
voda
mořská
voda
mořská
voda
chladící
věţ
chladící
věţ
chladící
věţ
projektované uhlí
( jako přijaté)
černé černé hnědé hnědé uhlí/
naftový
koks
výhřevnost (MJ/kg) 24,75 26,3 23/30 8,3-9,2 14,75 13,6/32,65
obsah popela (%) 16 9 5/17 8,8 28 41/0,3
obsah prchavé hořlaviny
(%)
35 34 20/40 22-48
% daf
37 19/13
obsah vlhkosti (%) 8 9 5/14 11 12/7
obsah síry (%) 0,6 0,6 0,1/3 0,3-1,4 3,7 0,9/5,5
účinnost netto (%)
(výhřevnost)
41,2 45,3 47,5 40 % 38,8 42,5 38,5
Vysvětlivky: PC= spalování práškového uhlí; CFBC= spalování v cirkulujícím fluidním loţi;
IGCC=integrovaný kombinovaný cyklus zplyňování; PBFBC=spalování v tlakovém
stacionárním fluidním loţi; re-mo= rekonstrukce-modernizace;
Tabulka 4.34 ukazuje obvyklé energetické účinnosti (LHV netto) u různých technologií
spalování ve velkých spalovacích zařízeních na bázi stejného paliva (mezinárodní uhlí o
spalném teple (HHV) = 26 630 kJ/kg, s 1 % obsahem síry, 7 % vlhkosti a 16 % popeloviny)
při stejných emisích znečišťujících látek (SO2=?00 mg/Nm3, NOx=200mg/Nm
3, prach=50
mg/Nm3), se 6% O2 u různých parních cyklů.
Tab.4.34: Vliv charakteristik páry na účinnost různých technik /58,Eurelectric, 2001/
tlak páry/teplota
/tlak kondenzátoru
PC
(%)
AFBC
(%)
IGCC
(%)
PBFBC 1)
(%)
165 barů, 2x565 ºC, 45 mbarů 38,5 38,0 44,5 2)
43
165 barů, 2x565 ºC s čištěním horkých plynů 47
250 barů, 2x565 ºC, 45 mbarů 42,0 41,5 44,5
300 barů, 3x580 ºC, 45 mbarů 45,0 44,5 47,0 3)
45,5
Vysvětlivky: AFBC=spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
1) projektované účinnosti
2) účinnost IGCC (integrovaného kombinovaného cyklu zplyňování)
3) podkritický parní cyklus (165 barů, 2x565 ºC) s čištěním horkého plynu
260
Provozní podmínky značně ovlivňují střední účinnost zaznamenanou během provozu.
Naměřená účinnost zařízení se liší od projektované účinnosti, protoţe provoz zřídka kdy
splňuje ideální podmínky (následkem inkrustací, škvárování, předchlazení, neideálních
podmínek v kondenzátoru, odkalování kotle atd.), a protoţe charakteristiky pouţitého
pevného paliva nejsou nikdy přesně v souladu s charakteristikami „projektovaného pevného
paliva“ (výhřevnost, obsah popela, atd.). Stárnutí běţně udrţovaného zařízení (vlivem nánosů,
škvárování, erose, úniků atd.) vede v průběhu času rovněţ ke zhoršování účinnosti.
Podrobnější informace o zvýšení účinnosti elektráren spalujících černé uhlí se týkají
jednotlivých měřících skupin a vývoje materiálu, jak ukazuje obr. 4.43.
Obr. 4.43: Zvýšení účinnosti elektrárny na černé uhlí – jednorázová měření
/141, Benesch, 2001/
261
Obr. 4.44: Zvýšení účinnosti elektrárny na černé uhlí – vývoj materiálů
/ 141, Benesch, 2001/
Další aspekty, které ovlivňují účinnost ve velkém spalovacím zařízení jsou:
pouţívaná technologie: integrovaný kombinovaný cyklus zplyňování (IGCC), například
spotřebuje skutečně více energie pro pomocná zařízení (pro jednotku vzduchové
separace, úpravu plynu a kompresor) neţ pro konvenční kotel, dokonce i s úpravou spalin
úroveň regulace znečištění: moderní odsiřování spalin (FGD) spotřebuje více energie a
opatření k redukci znečištění mají obvykle nepříznivý vliv na účinnost
projektované pomocné vybavení: vybavení kotle musí být nad-dimenzované, aby
odolalo všem změnám parametrů oproti jejich projektovaným hodnotám (tj. při moţných
únicích, náhradních palivech, nárocích při najíţdějí, při nevytíţených systémech, atd.)
Tyto technické eventuality vedou ke změnám ve spotřebě oproti běţným podmínkám a s
palivem, které bylo předmětem projektu.
Účinnost kotle: U čistého a nového kotle je v současné době zaznamenaná úroveň účinnosti
u pevného paliva okolo 86 – 94 % (vztaţena k výhřevnosti) a nelze ji snadno zvyšovat. Hlavní
ztráty pocházejí z odpadního tepla spalin v komíně, nespáleného uhlíku v popelu (nedopalu),
odpadního tepla a ze ztrát tepla sáláním. Důleţitý je také vliv paliva. Za předpokladu, ţe mají
kotle dokonce i identické provedení (tj. za stejné teploty okolního prostředí a se stejnou
teplotou spalin, se stejným přebytkem vzduchu atd.), získávají se stále rozdílné účinnosti a ty
závisejí na palivu a např. na jeho výhřevnosti, kde:
mezinárodní uhlí má 95 % účinnost
hnědé uhlí má 92 % účinnost
nízko-jakostní hnědé uhlí (lignit) má 86 % účinnost
262
4.3.3 Emise do ovzduší
Tab. 4.35 aţ tab. 4.46 podávají souhrnný přehled dostupných informací o naměřených
úrovních emisí do ovzduší (SO2, NOx a N2O, prachu, CO, HF, HCl, NH3 a těţkých kovů,
zejména rtuti) a vody z několika spalovacích zařízení provozovaných hlavně v Evropě.
Poskytované informace se vztahují k určitým druhům zařízení a nesmí se uplatňovat na
zařízení jiná. Eurelectric uvedl, ţe se pomocí technologií odprašování sníţily emise tuhých
znečišťujících látek na 5 aţ 500 mg/Nm3 v závislosti na účinnosti systému odlučování prachu.
4.3.3.1 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na černé uhlí
Tab. 4.35: Emise do ovzduší (koncentrace) ze spalovacích zařízení na černé uhlí za běţného
provozu a při konstantním zatíţení
kapacita
(MWtep)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
emise do ovzduší (mg/Nm3) pozn.
SO2 NOx prach CO HF HCl NH3
50-100 GF
PC 52-128 154-158 18-31 10
AFBC
PFBC Injektáţ vápence 214-257
PFBC 2x70MWel s SCR
(+ rozvod tepla)
170 50 20-40 0,7%S
v černém
uhlí
100-300 GF
PC
AFBC Injektáţ vápence
v úrovni sekund.
vzduchu
200-800 150-300 30-50 100-150 a)
AFBC FF/FGD
(w)/SCR
40-110
AFBC FGD (sds)/FF
/SCR
75 322 14 5,7 0,05 0,7
PFBC vápenec/SCR 43-114 b)
PFBC vápenec/SNCR 29-143
CFBC vápenec/ ESP 100-200 60-160
> 300
PC bez odlučování 2000-
3000
1% S ve
stand.
uhlí
PC ESP/FGD(w)/SCR 20-252 90-190 3-11 12-25 0,2-3 1,7-
30
0,16-
0,5
c)
PC ESP/FGD(w)/SCR 185 200 8 27 7 7 0,5 d)
PC Pm/FGD (sds)
ESP/SCR
130 140 5-10
PC Pm/FGD(dsi)/ESP 170 270 20
PC Pm (LNB)/
FGD (dsi)/FF
170 250 20
PC Pm (dospalování
plyn-uhlí)
250-350
PC Pm (dospalování
uhlí-uhlí)
300-430
CFBC Vápenec + ESP 100-200 100-250 30-50 e)
263
Vysvětlivky:
a) horká technika, nebo technika při spalování na roštu
b) zařízení je v Japonsku
c) několik velkých spalovacích závodů s granulačním kotlem
d) výtavný kotel
e) zařízení je ve Francii, USA a Polsku
GF = spalování na roštu PC= spalování práškového uhlí
PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi FGD (w)= mokré odsiřování spalin
FGD (dsi)= odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu ESP = elektrostatický odlučovač
Pm= primární opatření ke sníţení NOx SCR= selektivní katalytická redukce NOx
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
FGD (sds)=odsiřování spalin za pouţití rozprašovací sušárny
FF = tkaninový filtr
SNCR = selektivní nekatalytická redukce NOx
Tab. 4.36: Měrné emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na černé uhlí za běţného provozu
a při konstantním zatíţení
kapacita
(MWtep)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
elektr.
účinnost
(%)
účinnost
paliva
(%)
měrné emise do ovzduší (mg/Nm3)
SO2 NOx prach CO HF HCl
50-100
GF
PC ESP/
DESONOx
29 80 75,4-80,2 9,2-15,2
AFBC
PFBC vápenec 75-90
100-300
GF
PC
AFBC FGD (sds)/
FF/SCR
25 81 26,1 111,5 5,08 1,98 0,019 0,28
AFBC vápenec/ESP 38 54,2
PFBC vápenec/
SNCR
10-50
PFBC vápenec/SCR 15-40
> 300
PC ESP/FGD
(w) /SCR
32-44 37-70 34-97 1,1-5,1 4,9-8,3 0,08-
1,2
0,6-12,3
PC ESP/FGD
(w) /SCR
<39
AFBC
CFBC 39
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
FGD (w)= mokré odsiřování spalin GF = spalování na roštu
SNCR = selektivní nekatalytická redukce NOx ESP = elektrostatický odlučovač
FGD (sds)=odsiřování spalin za pouţití rozprašovací sušárny FF = tkaninový filtr
Pm= primární opatření ke sníţení NOx PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi
FGD (dsi)= odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu
SCR= selektivní katalytická redukce NOx PC = spalování práškového uhlí
264
4.3.3.2 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí
Tab. 4.37: Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí za běţného provozu a při
konstantním zatíţení
kapacita
(MWtep)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
emise do ovzduší (mg/Nm3) Pozn.
SO2 NOx prach CO HF HCl NH3
50-100
GF
PC
AFBC
100-300
GF
PC
AFBC vápenec/ESP 393 168 10 0,2 0,5 4 a)
> 300
PC Pm (LNB,
dávkování
vzduchu a paliva)
ESP/FGD (w)
77-341 141-176 2-13,5 4,4-182 0,08-1 0,5-1 b)
PC Pm (LNB,
dávkování
vzduchu a paliva)
ESP/FGD (w)
141-230 2-50 4,4-250 0,5-10
PC Pm (LNB
dávkování
vzduchu a paliva)
/filtr s aktivním
uhlím/FGD (w)
5 150 30 80 1 0,2 c)
PC ESP/FGD (w)/
SCR
230 < 200 30 <10 d)
PC Pm/(LNB,
dávkování
vzduchu a paliva)
filtr s aktivním
uhlím/FGD (sds)
241,2 272,3 6,6 8,7 1,3 4
PC Pm (integrovaný
proces spalování)
- přirozený
DESONOX/ ESP
300-450 200-400 50-100 e)
PC Pm (integrovaný
proces spalování)
/ ESP
2000 200-300 50-100 f)
AFBC 50-200 250-400 10-50
Vysvětlivky: LNB= nízkoemisní hořák
a) N2O = 26 mg/Nm3
b) granulační kotel
c) dioxiny jsou mezi 1-30 pg/TEQ/Nm3
d) hnědé uhlí
e) vysoký podíl odsíření ovlivněný vysokou alkalitou popela v nízkojakostním hnědém uhlí (lignitu)
f) nízký podíl odsíření ovlivněný střední alkalitou popela v nízkojakostním hnědém uhlí (lignitu)
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
FGD (w)= mokré odsiřování spalin GF = spalování na roštu
SNCR = selektivní nekatalytická redukce NOx ESP = elektrostatický odlučovač
FGD (sds)=odsiřování spalin za pouţití rozprašovací sušárny FF = tkaninový filtr
Pm= primární opatření ke sníţení NOx PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi
FGD (dsi)= odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu
SCR= selektivní katalytická redukce NOx PC = spalování práškového uhlí
265
Tab.4.38: Měrné emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí za běţného provozu a
při konstantním zatíţení
kapacita
(MWtep)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
elektrická
účinnost
(%)
účinnost
paliva
(%)
měrné emise do ovzduší (mg/MJ)
SO2 NOx prach CO HF HCl
50-100
GF
PC
AFBC
100-300
GF
PC vápenec/ESP 28 41,7 177,4 76,1 4,5 0,1 0,19 1,8
AFBC
> 300
PC Pm (LNB,
dávkování
vzduchu a
paliva) ESP
/FGD (w)
35,7-41,7 5-112 43-60,4 0,09-5 4,9-25,9 0,028 0,028
PC Pm (LNB
dávkování
vzduchu a
paliva)/ filtr
s aktivním
uhlím/FGD(w)
37 2,16 60,36 10,7 25,86 0,43 0,088
PC Pm (LNB,
dávkování
vzduchu a
paliva)/ filtr
s aktiv. uhlím
/FGD(sds)
28,9 69,1
AFBC
LNB= nízkoemisní hořák
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku PC = spalování práškového uhlí
FGD (w)= mokré odsiřování spalin GF = spalování na roštu
SNCR = selektivní nekatalytická redukce NOx ESP = elektrostatický odlučovač
FGD (sds)=odsiřování spalin za pouţití rozprašovací sušárny FF = tkaninový filtr
Pm= primární opatření ke sníţení NOx PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi
FGD (dsi)= odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu SCR= selektivní katalytická redukce NOx
Tab. 4.39: Úroveň emisí NOx u stávajících zařízení bez sekundárních opatření
/58, Eurelectric, 2001/
černé uhlí bez
redukce NOx
(mg/Nm3)
černé uhlí s
nízkoemisním
hořákem (mg/Nm3)
hnědé uhlí bez
redukce NOx
(mg/Nm3)
hnědé uhlí s primárním
opatřením
(mg/Nm3)
Granulační
kotel
Systém
horizontálního
spalování
1000-1500 500-650
Systém
tangenciálního
spalování
600-900 400-650 400-700 200-500
Systém
vertikálního
spalování
700-900
Výtavný
kotel
Cyklonový
systém
spalování
1500-2500 1000-2000
266
4.3.3.3 Emise těţkých kovů
Během spalování přecházejí těţké kovy do svých těkavých par stejně jako tvoří chloridy,
oxidy, sirníky atd. Velké mnoţství těchto těţkých kovů kondenzuje při teplotách aţ 300 ºC
na částicích prachu a dá se s nimi odloučit (v podobě popílku).
Tabulka 4.40: Hmotnostní bilance kombinace chemicky vázaných těţkých kovů u různých
typů elektráren
kov černé uhlí,
granulační kotel
(DBB)
hnědé uhlí,
granulační kotel
(DBB)
černé uhlí,
výtavný kotel
(WBB)
Výstup (% vstupu): spodní (loţový) popel (DBB); struska (WBB)
As 1,6-7,5 0,4 10-21,2
Cd 1,8-8,9 Typ elektrárny 15-30,1
Hg 2 - 2
Pb 3,1-11,3 1,1 76,7-88,8
Výstup (% vstupu): filtr polétavého popílku (DBB)
As 88-91,2 98
Cd 89,8-95 96
Hg 17-39 49
Pb 81-94 98
Výstup (% vstupu): sádrovec resp. odpadní voda
As 0,4-1,19 0,4 21,4-83,5
Cd 1,1-3,5 0,4 72-79
Hg 27-41 4,9 44-71
Pb 0,9-1 0,4 10-17,5
Výstup (% vstupu): kouřový plyn (spaliny)
As 0,18 0,42 6,5-17,3
Cd 0,19 4,2 0,1-6
Hg 18-32 44 27,6-54
Pb 0,17 0,5 1,2-2,6
Poznámka: Jednotky DENOX nejsou zahrnuty. V těchto zařízeních se k odloučení prachu
vyuţívají elektrostatické odlučovače a proces mokré vápno-vápencové vypírky nebo se
k odsiřování spalin pouţívá absorpčního procesu s rozprašovací sušárnou
Ukázalo se, ţe systémy určené k odprašování a odsiřování spalin mohou také odstranit většinu
těţkých kovů ze spalin, tj. ty, které nezůstávají ve spodním (loţovém) popelu nebo strusce.
Třeba emise hmotných částic se zachycenými těţkými kovy jsou ve vypraném spalném plynu
u moderních elektráren vybavených systémy čištění spalin mimořádně nízké.
Nízký záchyt rtuti za granulačním kotlem (DBB) je následkem plynné rtuti, která emituje
v měřitelných mnoţstvích. U výtavných kotlů nehledě na Hg má systém spalování a čištění
spalin také nízkou schopnost zachytit As, takţe rovněţ odchází v měřitelných mnoţstvích se
spalinami. Při recirkulaci prachu ze spalin ( popílku) lze u výtavného kotle prokázat, ţe se
zvyšují pouze emise těch kovů s vysokou těkavostí, např. Hg a zvláště As.
267
Experimenty s granulačním kotlem na černé uhlí dospěly při vyhodnocení účinků zatíţení a
spalování různých druhů uhlí na hmotnostní bilanci těţkých kovů k následujícím výsledkům:
mnoţství plynných emisí rtuti odcházející prostřednictvím spalin závisí do značné míry na
obsahu chloru a vápníku v uhlí. Chlor má dva protikladné účinky. Zvyšuje podíl plynné
rtuti, ale také zlepšuje oddělování rtuti při mokrém odsiřování spalin jako HgCl2, který lze
snadno vyprat. Vápník zlepšuje odlučování rtuti v elektrostatickém odlučovači
vazba těţkých kovů na kotelní popel nezávisí na chemickém sloţení uhlí
vazba těţkých kovů na popílek nezávisí na chemickém sloţení uhlí, ale závisí na zatíţení
kotle, protoţe maximální hladiny se dosáhne při plném zatíţení.
V tabulce 4.41 je souhrn výsledků z měření těţkých kovů provedeného u třech uhelných
elektráren, které vyuţívají elektrostatický odlučovač a mokré odsiřování spalin.
Tab. 4.41: Výskyt těţkých kovů ve spalovacím zařízení na černé uhlí
/ 59, Finnish LCP WG, 2000/
Obsah těţkých kovů v různých procesních výstupech
(%) Emise
3)
odstraněné ve
spodním popelu
a s popílkem
v ESP
odstraněné v konečném
produktu odsíření + ve
filtračním koláči
úpravny odpadní vody
podíl unikající
komínem do
ovzduší
koncentrace
v emisích
(µg/Nm3)
Arsen (As) 97-98,7 0,5-1,0 0,3-2 0-5
Kadmium (Cd) 95,2-97,6 0-1,1 2,4-3,6 1)
0-5
Chrom (Cr) 97,9-99,9 0-0,9 0,1-0,5 0-5
Rtuť (Hg) 2)
72,5-82 2)
0-16 5,1-13,6 2)
0-5
Mangan (Mn) 98-99,8 0,1-0,7 0,1 0-5
Nikl (Ni) 98,4-99,8 0,2-1,4 0,1-0,4 0-5
Olovo (Pb) 97,2-99,9 0-0,8 0,1-1,8 0-5
Vanad (V) 98,4-99,0 0,9-1,3 0,2-0,3 0-5
Vysvětlivky:
1) Emise kadmia byly při tomto měření vyšší neţ se obvykle udává v literatuře
2) Při těchto měřeních byla účinnost odstranění rtuti vyšší a emise niţší neţ se obvykle uvádí
v literatuře. V literatuře se udává, ţe se do ovzduší vypouští asi 20-30 % rtuti a jen asi 30-
40 % se zachytí v elektrostatickém odlučovači
3) Emise jsou průkazné hodnoty a to pokud jde o plynné tak i pevné emise. Při dobrém
odstranění pevných částic jsou koncentrace těţkých kovů v emisích obvykle pod nebo
okolo 1 µg/Nm3
U IGCC se kovy o nízké prchavosti a vysokém bodu varu zachytí a účinně váţou ve sklovité
strusce. Kovy s mnohem větší prchavostí mohou kondenzovat a zachytit se při vypírání
syntetického plynu.
Tabulka 4.42 dále ukazuje různé obsahy rtuti v uhlí z různých oblastí původu
268
Tab. 4.42: Obsah rtuti v uhlí z různých oblastí /58, Eurelectric, 2001/
původ počet vzorků průměrný obsah Hg
(mg/kg)
odchylka
(%)
Indonézie 7 0,04 ± 0,02 63
Nový Zéland 1 0,05
Kolumbie 7 0,06 ± 0,03 57
Rusko (Kuzbas) 1 0,06
Austrálie 17 0,08 ± 0,06 70
Venezuela 2 0,08
Jiţní Afrika 12 0,09 ± 0,02 23
Belgie 36 0,09 ± 0,07 72
Egypt 1 0,10
Norsko (Špicberky) 2 0,14
USA (východní) 15 0,14 ± 0,12 84
Čína 2 0,15
Německo (ruhrská oblast) 1 0,16
Polsko 10 0,35 ± 0,55 154
Tabulka 4.43 dále ukazuje obsah rtuti ve spalinách za elektrostatickým odlučovačem
Tab. 4.43: Obsah rtuti ve spalinách za elektrostatickým odlučovačem /58, Eurelectric, 2001/
počet vzorků minimální
hodnota obsahu
Hg
maximální
hodnota obsahu
Hg
střední
hodnota obsahu
Hg
odchylka (%)
Koncentrace Hg ve spalinách za elektrostatickým odlučovačem (μg/m3)
37 0,3 35 4,9 +7,3/-4,6 149
Kolísající procentuelní mnoţství Hg vztaţené ke koncentraci v uhlí
36 1,0 115 43 ± 30,1 69
Tabulka 4.44 uvádí přehled neměřených hodnot emisí N2O převzatých z různých zdrojů
literatury.
269
Tab. 4.44: Naměřené hodnoty emisí N2O přejaté z různých zdrojů literatury /98,DFIU, 2001/
palivo technika
spalování
O2
(%)
N2O
(mg/Nm3)
N2O
(kg/TJ)
Kremer
1994
KEMA
1993
VGB
1994
IEACR
1993
Braun
1993
IACR
1993
Peter
2001
Černé
uhlí
PC (DBB) 6 <2 <4 bez etap.
spalování
<0,4 -1,2
s etapovým
spalováním
1-20 0,4 -1,4 2 -5
PC (WBB) 6 3,8 - 9 4 -10 0,4 -1,4 2 -5
roštové <30 1 -10 0,2 -3 0,4 -1,4 2 -5
CFBC 7 4 -20
(částečné
zatíţení)
40 - 700
(plné
zatíţení)
16-170
(790-940oC)
30-160 60-140 50-120
(s maximem
aţ 380)
36-72 20- 45
BFBC 7 100 - 150
(částečné
zatíţení)
140 - 480
(plné
zatíţení)
Hnědé
uhlí
PC (DBB) 6 10-16 13 1,5-6 0,6 -2,3 0,8 -3,2
roštové 6 <30 0,8 -2,5 0,8 -3,5
FBC 7 <30 5 -20 10 - 90 5 -14
(max.aţ 30)
11- 45 3 - 8
Vysvětlivky:
PC= práškové uhlí DBB= granulační kotel
WBB=výtavný kotel GF= spalování na roštu
CFBC= spalování ve fluidním kotli s cirkulujícím loţem
BFBC=spalování ve fluidním kotli se stacionárním loţem
Tabulka 4.45 a tabulka 4.46 ukazují emise halogenových kyselin, dioxinů a persistentních
aromatických uhlovodíků (PAH) z různých druhů uhlí a kapalného paliva elektráren.
Tab. 4.45: Emise HCl a HF u zařízení se sekundárním opatřením a bez něho
/58, Eurelectric, 2001/
Palivo: černé uhlí HCl
(mg/Nm3); 6% O2
HF
(mg/Nm3); 6% O2
bez odsiřování 100 – 450 4 – 28
odsiřování + ohřev vyčištěných spalin 3 – 14 2 – 8
odsiřování bez ohřevu 1 – 8 0,2 – 2
fluidní kotel + suchá injektáţ vápna* 50 – 170 0,5 – 4
* : větší sníţení SO2 zvyšuje emise HCl
Tab. 4.46: Emise dioxinů a PAH ze spalování různých paliv /192, TWG, 2003/
substance uhlí těţký topný olej orimulze
dioxiny a furany (pg/Nm3) 2,193 2,492 2,159
PAH (µg/Nm3) 0,0606 0,0507 0,0283
270
4.3.4 Emise do vody ze spalovacích zařízení na černé uhlí
Tab. 4.47: Emise do vody ze spalovacích zařízení na černé uhlí
technika
spalování
původ
odpadní
vody
úprava
odpadní
vody
koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
hydrazin nerozp.
látky
sírany siřičitany fluoridy rtuť
(Hg)
sirníky
GF
PC
Mokré
odsíření
spalin,
(granulační
kotel)
Filtrace,
Sráţení
Flokulace
Sedimentace
Neutralizace
30 2000 20 30 0,05 0,2
Mokré
odsíření
spalin
(granulační
kotel )
Filtrace,
Sráţení
Flokulace
Sedimentace
Neutralizace
155 2667 26,7 172 0,034
Mokré
odsíření
spalin,
vysoké
zahuštění ve
vodním.
okruhu,
částečně
vyuţito pro
chlazení
Filtrace,
Sráţení
Flokulace
Sedimentace
Neutralizace
17 2542 2 8 0,007 0,07
Úprava
kondenzátu a
napájecí vody
Neutralizace
Sedimentace
2 50
Úprava
kondenzátu a
napájecí vody
a vody
z DESONOX
Neutralizace 5,45 0,01 0,01
ACFBC Úprava
kondenzátu a
napájecí vody
Neutralizace
Sedimentace
344
Vysvětlivky: GF= spalování na roštu; PC= spalování práškového uhlí ;
ACFBC= spalování v cirkulujícím fluidním loţi za afmosférického tlaku
271
Tab. 4.48: Emise do vody ze spalovacích zařízení na černé uhlí
technika
spalování
původ
odpadní
vody
úprava
odpadní
vody
měrný
průtok
odpadní
vody
m3/MWt
koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
Cl AOX CHSK P N Zn Cr Cd Cu Pb Ni
GF
PC
mokré
odsíření
spalin
(granul.
kotel)
filtr.
sráţ.
flokul.
sedim.
neutr.
0,051
0,038
71
10
1
0,01
0,01
0,01
0,1
0,02
systém
změkč.
vody
neutr.
sedim.
0,0029
0,184
0,016
19,2
0,06
0,026
8.10-5
0,026
0,0016
0,064
mokré
odsíření
spalin,
vysoké
zahuště-
ní ve
vodním
okruhu,
částečně
vyuţito
při
chlazení
filtr.
sráţ.
flokul
sedim.
neutr.
0,0079
40000
150
1
0,5
0,05
0,5
0,1
0,5
úprava
konden-
zátu a
napájecí
vody
neutr.
sedim.
0,0073
1
úprava
konden-
zátu, a
napájecí
vody a
vody
z DESO
-NOX
neutr.
0,0286
2940
0,05
0,006
6.10-4
0,005
0,005
0,006
ACFBC
úprava
konden-
zátu a
napájecí
vody
netral
sedim.
0,62 34,4 34,4 13778 517
Vysvětlivky:
GF= spalování na roštu;
PC= spalování práškového uhlí
ACFBC= spalování v cirkulujícím fluidním loţi za atmosférického tlaku
Tabulka 4.49 a 4.50 ukazují emise do vody z osmi různých elektráren na uhlí.
272
Tab.4.49:Emise do vody ze čtyř různých spalovacích uhelných zařízení /192, TWG, 2003/
ukazatele jednotky zařízení A zařízení B zařízení C zařízení D
teplota oC 18 28,7
pH 7,61 7,8 6,9 – 7,9
As mg/l 0,001 <0,005
Sb mg/l
Pb mg/l < 0,01 0,03 < 0,05
Fe mg/l 0,07 0,2 – 0,5
Cr mg/l 0,01 0,03 < 0,05
Cd mg/l 0,003 < 0,005
Co mg/l 0,002
Cu mg/l < 0,01 0,003
Ni mg/l < 0,01 0,03
Ti mg/l 0,031
V mg/l 0,073
Mn mg/l 0,03
Hg mg/l 0,0001 < 0,001
Zn mg/l < 0,02 0m05
Sn mg/l < 0,05 0,001
F mg/l 0,1
Cl mg/l 400
BSK mg/l 10 – 28
CHSK mg/l 11,7 kg/den 10 – 65
nerozpustné látky mg/l < 0,1
celkový P mg/l 0,15
sírany jako SO42-
mg/l 1376 1215
sirníky jako S2-
mg/l 0,1
siřičitany jako SO32-
mg/l 10,2
celkový N mg/l 76,6
NH4 jako N mg/l 7 0,85
dusitany jako N mg/l 2,1
celkový uhlík mg/l 8,6
273
Tab.4.50 Emise do vody ze čtyř různých spalovacích uhelných zařízení /192, TWG, 2003/
ukazatele jednotky
(neuvedeny)
zařízení E zařízení F zařízení G zařízení H
min. - max min. - max.
pH 7,9 6,7 - 8,6 7,1 – 8,5
teplota oC 27,3 30 11,8 – 21,2
barva 2 – 7 0 – 5
vodivost 724 – 6850 2,940 – 5,470
nerozp. látky 1,6 – 9,2
Ca 57,8 – 714
K 2,2 – 37,9
Mg 1,4 – 23,0
Na 42,7 – 985
Fe pmd.- 0,35
As < 0,005 0,02 pmd – 0,007
Pb < 0,05 0,02 pmd
Cd < 0,005 0,4 pmd
Cr < 0,05 pmd – 0,005
Cu 0,1 pmd – 0,007
Mn 3 pmd – 0,020
Hg < 0,001 0,001 pmd
Zn 0,4 pmd – 0,037 pmd – 0,054
čpavek -N 0,78 – 7,04 0,11 – 8,90
dusitany –N pmd – 0,67 0,02 – 0,95
dusičnany-N 2,7 – 26,9 10,0 – 59,4
celkový N 3,5 – 29,1 13,1 – 65,9
celkový P 0,03 – 0,27 0,01 – 0,23
chloridy 87 – 1761 123 – 733
sirníky pmd
siřičitany pmd
sírany 57 – 1042 1414 – 2341
celkový C 1 – 5 2 – 14
CHSK 9 – 37 9 – 56
BSK5 1 - 19
hydrazin pmd
kyanidy pmd
fluoridy pmd – 2,0
Sb pmd
As pmd – 0,007
Cr pmd – 0,005
Co pmd
Ni pmd – 0,123
Tl pmd
V 0,013 – 0,395
pmd=pod mez detekce
274
4.3.5 Emise do vody ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí
Tab. 4.51: Emise do vody ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí
technika
spalování
původ odpadní
vody
úprava
odpadní
vody
koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
nerozp.
látky
sírany siřičitany fluoridy Hg sirníky
spalování
práškového
uhlí
mokré odsíření
spalin (FGD)
filtrace
sráţení
flokulace
sedimentace
neutralizace
7
1300
0,5
1,5
mokré odsíření
spalin (FGD)
(granulační kotel )
filtrace
sráţení
flokulace
sedimentace
neutralizace
úprava
kondenzátu a
napájecí vody
neutralizace
sedimentace
10
348
0,8
všechny odpadní
vody z elektrárny
a skladů hnědého
uhlí
sedimentace/
nastavení pH,
chemické
sráţení,
flokulace
sedimentace
neutralizace
20
1700
Tab. 4.52: Emise do vody ze spalovacích zařízení na hnědé uhlí
technika
spalování
původ
odpadní
vody
úprava
odpadní
vody
měrný
průtok
odpadní
vody
(m3/MW)
Koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
Cl AOX CHSK P N Zn Cr Cd Cu Pb Ni
spalování
práškového
uhlí
mokré
odsíření
spalin-
(granulač.
kotel)
filtrace
sráţení
flokulace
sediment.
neutral.
0,005
úprava
kondezátu
a napájecí
vody
neutral.
sediment.
0,0073
1
chladící
voda
ţádná 0,066-0,350 0,03-
0,08
17,2-27,8 0,15-0,32 2,1-22,8 0,06 0,03 0,004
-0,03
275
4.3.6 Odpadní zbytky ze spalování a vedlejší produkty
V kaţdé elektrárně se tvoří velká mnoţství minerálních látek. U elektrárny s výkonem 750
MWel., která spaluje 1 mil. t uhlí s obsahem popela např. 10 % a obsahem síry např. také 1 %,
se ročně vytvoří nějakých 154 000 t produktů ze spalování uhlí (CCPs). V současné době se
v celosvětovém měřítku vyprodukuje ročně téměř 500 mil. t uhelného popela (spodního,
loţového popela a polétavého popílku). V mnohých zemích, (např. Rakousku, Kanadě) je
hlavním zájmem obsah těţkých kovů v těchto odpadech, protoţe negativně působí na kvalitu
půdy.
Sádrovec:
hlavní sloţka: síran vápenatý dihydrát můţe obsahovat popílek a k tomu úměrně vyšší
koncentrace Hg a Se
kritické ukazatele pro pouţití ve stavebním průmyslu: velikost krystalů, krystalizace a
obsah vody
Popílek: obsahuje největší podíl kondenzovaných těţkých kovů:
kritickými ukazateli pro pouţití do betonu jsou: ztráta propalem, Cl, volný CaO;
kritickými ukazateli pro pouţití do cementu jsou: ztráta propalem, sírany, Cl, přičemţ
fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti cementu se řídí podle směrnice EN-197-1:
Spodní (loţový) popel: nízký obsah těţkých kovů; vyuţití v průmyslu výroby cihel a
cementu
Odpady z rozprašovací sušárny: směs sádrovce, siřičitanu vápenatého a popílku; hlavní
podíl se ukládá na skládky nebo se ho vyuţívá jako těsnícího materiálu na skládkách
Obr. 4.45: Roční produkce odpadů ze spalování uhlí v 750 MWel. elektrárně při 6000 hod.
plného zatíţení ( celková produkce odpadů ze spalování = 154 000 t)
/90, ECOBA v. Berg, 1999/
276
Podle /90, ECOBA v. Berg, 1999/ je ze spalování uhlí v elektrárnách Evropské unie (EU-15)
celkem 55 mil. tun odpadních produktů. Obr. 4.46 ukazuje podíly různých produktů ze
spalování uhlí vzniklé v roce 1999. Nějakých 70 % z celkových produktů spalování uhlí tvoří
polétavý popílek. Veškeré odpadní zbytky ze spalování tvoří 85,1 % a odpady z odsiřování
spalin aţ 13,9 % hmotnostních.
Obr.4.46:Produkce odpadů ze spalování uhlí v EU-15 v roce 1999 /90, ECOBA v.Berg,
1999/
Většina vytvořených zbytků ze spalování uhlí se vyuţívá ve stavebním průmyslu, stavebním
inţenýrství a jako stavebních materiálů v hlubinných dolech (55,3%) nebo pro asanaci
povrchových dolů, lomů a jam (33,2%). V roce 1999 se dočasně skládkovalo pro budoucí
pouţití pouze 2,2 % a 9,3 % se zneškodnilo (obr. 4.47).
Obr.4.47: Využití a zneškodnění odpadních produktů ze spalování uhlí v EU-15 v roce
1999
/90, ECOBA v. Berg, 1999/
277
Vyuţití produktů spalování uhlí mezi členskými státy kolísá, neboť se také liší stavem
podnebí, daňové politiky a legislativy. V některých zemích EU-15 je podíl vyuţití produktů
spalování uhlí téměř 100 %, ačkoliv v jiných zemích nepřesahuje podíl vyuţití 10 % vlivem
stávajících nepříznivých podmínek, jako je obsah těţkých kovů, ztráty propalem, obsah
volného a vázaného vápníku, obsah chloru atd..
Vyuţití produktů odsiřování v rámci EU-15 kolísá rovněţ. V některých zemích se vyuţívají
ve stavebním průmyslu a jako hnojivo produkty suché absorpce, v jiných zemích se
zneškodňují. Sádrovec z odsiřování spalin se vyuţívá k výrobě sádrokartonových desek a
samo-vyrovnávacích podlahových tmelů, stejně jako ke zpomalování tuhnutí cementu.
Rozvoj, který lze sledovat ve vyuţívání podílů je způsoben tím, ţe tyto materiály dostaly
status výrobků. Tohoto zlepšení se dosáhlo výzkumnou činností, praktickými zkušenostmi a
úsilím marketingu.
Obr. 4.48: Vyuţití a zneškodnění odpadních produktů ze spalování uhlí v EU-15 v roce 1999
/90, ECOBA v. Berg, 1999/
Podíly k vyuţití a zneškodnění různých produktů spalování uhlí ukazuje pro rok 1999 obr.
4.48. V roce 1999 se vyuţívaly odpady ze spalování uhlí ze 45 – 48 % ve stavebním průmyslu
a v hlubinných dolech, 37 – 41 % se vyuţilo k asanaci povrchových dolů, lomů a jam, aţ 2 %
se uloţila na skládku a mezi 10 a 15 % se zneškodnilo.
Téměř 86 % produktů a to jak z rozprašovací sušárny, tak sádrovce z odsiřování spalin se
vyuţilo ve stavebním průmyslu a hlubinných dolech. K asanaci povrchových dolů, lomů a
jam se vyuţilo 11 % produktů z rozprašovací sušárny a téměř 6 % sádrovce z odsiřování
spalin a skoro 6 % sádrovce z odsiřování se uloţilo na dočasných odvalech k budoucímu
vyuţití. Zneškodnilo se pouze malé mnoţství produktů spalování uhlí /90, ECOBA a Berg,
1999/.
Přehled různých oblastí vyuţití jednotlivých produktů spalování uhlí ukazuje obrázek 4.49.
278
Obr. 4.49: Přehled vyuţití odpadních produktů ze spalování uhlí v EU-15 v roce 1999
/92, ECOBA v. Berg, 1999/
279
V tabulkách 4.53 a 4.54 se uvádí obsah těţkých kovů v popelu a ostatní vedlejší produkty
spalování
Tab. 4.53: Těţké kovy v uhlí a některých odpadech ze spalování uhlí (na tyto údaje by se
mělo pohlíţet jako na příklady, protoţe variabilita je značně závislá na druhu uhlí a na
zařízení) /64, UBA, 2000/
těţké
kovy
koncentrace (ppm) hmotnostní toky (g/hod)
uhlí hrubý
popel
(polétavý)
popílek
uhlí hrubý popel (polétavý)
popílek
arsen 10,8 12,0 43,9 3193,6 43,2 3042
kadmium 0,07 0 0,295 20,7 0 20,4
chrom 39,1 204,7 154,5 11561,9 736,7 10703,4
měď 16,0 63,2 67,6 4716,4 227,5 4684,7
olovo 6,7 11,6 27,7 1981,2 41,8 1919,6
rtuť 0,28 0 0,1 81,3 0 6,9
nikl 40,5 204,0 158,7 11961,1 734,4 10997,9
selen 0,99 0,6 1,4 291,3 2,2 97,0
vanad 41,3 94,7 169,0 12197,6 340,9 11711,7
zinek 26,1 38,1 116,1 7717,8 137,0 8076,9
Tab.4.54: Vstup a výstup kovů u spalovacích uhelných zařízení (na tyto údaje by se mělo
pohlíţet jako na příklady, protoţe variabilita je značně závislá na druhu uhlí a na zařízení)
/64, UBA, 2000/
vstup (%) výstup (%)
uhlí křídový
vápenec
polétavý
popílek
hrubý
popel
sádrovec
čistý plyn prach
(emitovaný)
arsen 100,0 0,0 99,1 0,4 0,4 < 0,1 < 0,1
kadmium 100,0 0,0 95,5 0,0 0,4 4,1 0,0
chrom 99,6 0,4 91,2 5,1 3,6 0,1 0,0
měď 98,9 1,1 94,3 3,6 0,8 1,4 < 0,1
olovo 99,6 0,4 98,0 1,1 0,4 0,5 < 0,1
rtuť 99,1 0,9 50,2 0,0 5,0 44,8 0,0
nikl 97,3 2,7 88,7 10,8 0,2 0,1 0,2
selen 100,0 0,0 51,7 0,6 27,9 16,4 3,4
vanad 99,7 0,3 97,8 1,8 0,3 0,0 0,1
zinek 99,5 0,5 97,7 0,8 0,6 0,8 <0,1
Poznámka: Výstup na bázi 100% vstupu kovových prvků a křídy
4.3.7 Emise hluku
Všeobecné informace o hluku z elektráren se popisují v části 3.12.
280
4.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování černého a
hnědého uhlí
Tato část uvádí techniky, o kterých se uvaţuje při určování BAT pro prevenci nebo
omezování emisí a pro zvýšení tepelné účinnosti. Všechny techniky jsou v současné době
komerčně dostupné. Techniky, o nichţ se uvaţuje, se v této kapitole popisují pouze
všeobecně, ale podrobnější popisy většiny z nich se uvádějí v kapitole 3 a příklady některých
technik se také uvádějí v kapitole 4.2, aby se podrobněji znázornilo, jak tyto techniky působí
na ţivotní prostředí, kdyţ se pouţijí v reálné situaci. V zásadě se obvyklé techniky popsané
v kapitole 3 uplatňují také do velké míry u spalování černého a hnědého uhlí a mělo by se na
ně také obecně pohlíţet jako na techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT.
Podrobnější popisy lze nalézt v kapitole 3.
Aby se ve sledu tohoto dokumentu zamezilo opakování téhoţ, je třeba se vrátit k informacím
o Systémech řízení s ohledem na ţivotní prostředí (EMS) v části 3.15.
281
4.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem
Tabulka 4.55: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem
technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
doprava a manipulace s černým a hnědým uhlím
uzavřené pásové
dopravníky
s odprašovacím
zařízením
sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká není není
k dispozici
omezeno
obsahem
vody
otevřené dopravníky
s clonami proti větru
sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká není není
k dispozici
strojní vybavení pro
vykládku
s nastavitelnou výškou
sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká není není
k dispozici
čistící zařízení u
dopravních pásů
sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká není není
k dispozici
omezeno
obsahem
vody
uzavřené skladování
vápna/vápence v silu
s odloučením prachu
sníţení
jemných
částic
moţná moţná velká není není
k dispozici
skladování černého a hnědého uhlí a aditiv
skrápěcí
vodní systémy
sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká kontaminace
vody
náklady na
skrápění
vodou a
na sběrný
systém
izolované povrchy se
systémy odvodňování
prevence
kontami-
nace půdy
a
podzemní
vody
moţná moţná velká není náklady na
úpravu
odpadní
vody
zachyce-
ná odp.
voda se
musí
upravit v
usazova-
cí nádrţi
clony proti větru sníţení
fugitivních
emisí
prachu
moţná moţná velká není není
k dispozici
Skladování čistého
zkapalněného čpavku
moţná moţná velká vysoké
bezpečnostní
riziko
vysoké
investiční
i provozní
náklady
skladování čpavku jako
roztok čpavkové vody
moţná moţná velká menší riziko
bezpečnosti
neţ při
skladování
zkapalněného
čpavku pod
tlakem
není
k dispozici
vyšší
bezpeč-
nost
282
4.4.2 Techniky pro předúpravu paliva
Tabulka 4.56: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro předúpravu paliva
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
záměna
paliva
sníţení
dopadu
paliva na
ţivotní
prostředí
( nízký
obsah síry a
nízká
prchavá
hořlavina)
neprovádí
se
závisí na
parametrech
projektu
specifického
kotle
velká niţší znečištění
uhlí vede
k niţším
emisím; niţší
obsah popela
znamená
sníţení emisí
prachu i
pevných
odpadů
k vyuţití nebo
zneškodnění
cena paliva
bude spíš
vyšší
moţnost
změny
paliva můţe
omezit
dlouhodobá
smlouva na
dodávky
nebo místní
doly
míchání
a tvorba
uhelných
směsí
zamezení
špičkovým
emisím
moţná moţná velká stabilní provoz
vypírání
uhlí
sníţení
vyluhovatel-
ných
nečistot
moţná moţná velká niţší znečištění
v uhlí vede
k niţším
emisím
přídavné
náklady na
zařízení k
vypírání
uhlí
obvykle se
vypírání
uhlí provádí
přímo
v dolech
předběţ.
sušení
hnědého
uhlí
zvýšená
účinnost asi
o 3-5 %
moţná moţná omezené
zkušenosti -
uplatnilo se
pouze u
pilotního
zařízení
zvýšená
účinnost
přídavné
náklady na
sušárny
hnědého
uhlí
velké
sušárny
hnědého
uhlí se
dodnes
nestaví
zplynění
uhlí
zvýšená
účinnost
zařízení a
niţší
hodnoty
emisí
zejména u
NOx
moţná ale
dodnes se
uplatnilo
pouze u
zkušeb.
zařízení
není moţná pouţito
pouze u
zkušebního
zařízení
pro běţný
provoz není
k dispozici
zplyňování
je schopno
vytvořit
během
střednědobé-
ho horizontu
alternativu
k běţnému
spalování,
zejména
z hlediska
očekávané
elektrické
účinnosti 51-
55 %
283
4.4.3 Techniky ke zvýšení účinnosti a vyuţití paliva
Tab. 4.57: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro zvýšení účinnosti a maximální vyuţití paliva
technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Cyklus spalování
kogenerace
tepla a
elektřiny
zvýšené
vyuţití
paliva
moţná velmi
omezená
velká závisí na
potřebě tepla ve
specifickém
místě
záměna
lopatek
turbiny
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká není není
k dispozici
lopatky parní
turbiny se
mohou zaměnit
trojroz-
rozměrnými
lopatkami
během doby
pravidelné
údrţby
vyuţití
moderních
materiálů k
dosaţení
parametrů
vysokotlaké
páry
zvýšená
účinnost
moţná není moţná lze uţít u
nových
zařízení
není není
k dispozici
moderní.
materiály
umoţňují tlak
páry 300 barů a
teplotu páry
600o C
nadkritické
parametry
páry
zvýšená
účinnost
moţná není moţná lze uţít u
nových
zařízení
není není
k dispozici
dvojí ohřev zvýšená
účinnost
moţná není moţná pouţito
hlavně u
nových
zařízení
není není k
dispozici
opakovaný
ohřev
napájecí
vody
zvýšená
účinnost
moţná není moţná pouţito u
nových
zařízení a
některých
stávajících
není není
k dispozici
nová zařízení
pouţívají aţ 10
etap ohřevu,
coţ poskytuje
napájecí vodě
teplotu 300o C
moderní
systémy
řízení
počitačem
zvýšená
účinnost,
vyšší
výkon
kotle při
sníţených
emisích
moţná moţná velká není není k
dispozici
vyuţití
obsahu tepla
ze spalin
k dálkovému
vytápění
zvýšené
vyuţití
paliva
moţná moţná velká není není
k dispozici
nejniţší moţná
teplota chladící
vody
284
Tab. 4.58: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro zvýšení účinnosti
technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
REMO
Optimalizace parametrů spalování
nízký
přebytek
vzduchu
zvýšená
účinnost a
sníţené
emise NOx
a N2O
moţná moţná velká ţádný není
k dispozici
můţe zvýšit riziko
poruchy v potrubí a
mnoţství
nespáleného paliva
sníţení
teplot
výstupních
plynů
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká koroze
ohroţující
ohřívák
vzduchu
není
k dispozici
je třeba, aby byla
teplota výstupního
plynu 10-20 oC nad
kyselým rosným
bodem, vyššího tepla
lze vyuţít jen jako
sekundárního
vzduchu
nízký
obsah
nespálené-
ho uhlíku v
popelu
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká sníţení emisí
NOx vede
k vyššímu
obsahu
nespáleného
uhlíku
v popelu
není
k dispozici
emise NOx a
mnoţství
nespáleného uhlíku
v popelu je třeba
optimalizovat, ale
přednost mají NOx
nízká
koncentrace
CO ve
spalinách
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká nízké emise
NOx vedou
k vyšším
hladinám CO
není
k dispozici
emise NOx a CO je
třeba optimalizovat,
ale přednost mají
NOx
Čištění a vypouštění spalin
vypouštění
přes
chladící
věţ
není nutné
přihřívat
spaliny za
odsiřov.
zařízením
moţná moţná velká není
zapotřebí
komín
ţádné
přídavné
náklady na
stavbu
komína a
jeho údrţbu
proveditelnost
vypouštění přes
chladící věţ se musí
posoudit případ od
případu (např. zda je
chladící věţ
k dispozici a
eventuelní umístění
a stavební materiály
technika
mokrého
komína
moţná moţná velká viditelná
vlečka
Chladící systém
rozličné
techniky
viz BREF o chlazení
285
4.4.4 Techniky k prevenci a sniţování prachu a emisí těţkých kovů vázaných na pevné
částice
Tab. 4.59: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování prachu a emisí těţkých kovů
technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
ESP
(elektro-
statický
odlučovač)
sníţení
emisí
pevných
částic;
odstranění
těţkých
kovů a Hg
je přínos,
ale tento
vedlejší
účinek má
menší
význam
moţná moţná velká ţádný uvádějí se
náklady 13-60
Euro /kW;
čísel. hodnoty
nezahrnují
investiční
náklady na
manipulaci se
zachyceným
popílkem a na
přepr. systém
a ty jsou u
vysokopopel.
hnědého uhlí
značně vysoké
ESP je po ekonom.
stránce lepším
řešením, zejména u
většího zařízení.
Rtuť se zachytí na
pevné částice a ty
se snadno zachytí
v ESP. V případě
nekvalitního uhlí a
lignitů je odstran.
Hg nízké, protoţe
popílek je vysoce
alkalický a konc.
HCl ve spalinách
je nízká
tkaninový
filtr
sníţení
emisí
pevných
částic
zejména
jemného
prachu
(PM2,5 a
PM10;
odstranění
těţkých
kovů a Hg
je přínos,
ale má
menší
význam
moţná moţná velká účinnost
elektrárny
se sníţí o
0,1 %
náklady na
provoz a
údrţbu jsou
vyšší neţ u
elektrostatic-
kého
odlučovače
ve spal. zařízeních
na uhlí se tkanin.
filtry uţívají hlavně
za suchou a polo-
suchou metodou
odsiřování. Hg se
váţe na pevné
částice, takţe se
snadno zachytí
v tkaninovém filtru.
V případě nekvalit.
uhlí a lignitů je
odstranění Hg malé,
protoţe popílek je
vysoce alkalický a
spaliny mají nízkou
koncentraci HCl
cyklony sníţení
emisí
pevných
látek
moţná moţná velká velmi
omezené
sníţení
jemných
částic
nízké
investiční
náklady
mechanické cyklo-
ny se mohou pouţít
jen jako předřazená
zařízení k ostatním
technikám jako je
ESP nebo tkanino-
vý filtr
injektáţ
aktivního
uhlí při
odsiřování
spalin
sníţení
emisí Hg
moţná moţná omezená nástřik aktiv-
ního uhlí při
odsiřování
spalin má
nízké inves-
tiční i pro-
vozní náklady
nástřik aktivního
uhlí při odsiřování
spalin znamená
zřejmě nějaké
neurčité zvýšení
obsahu rtuti
v sádrovci
286
4.4.5 Techniky k prevenci a sniţování emisí SO2
Tab. 4.60: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování emisí SO2.
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Primární opatření
vyuţití
nízkosirného
paliva
sníţení
emisí SO2 u
zdroje
moţná moţná velká moţné
zvýšení emisí
prachu a NOx
závisí na
palivu
moţné
zvýšení emisí
prachu a NOx
fluidní kotel sniţování
emisí SO2 a
NOx
moţná velmi
omezená
velká vyšší emise
N2O
specifické
zařízení
287
Tab. 4.61: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování emisí SO2
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenosti
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Sekundární opatření
mokrá
vápno/
vápencová
pračka
s produkcí
sádrovce
sníţení emisí
SO2, HF,HCl,
prachu, Hg a
Se.Vybavení
stáv. zařízení
odsiřováním
spalin umoţní
i sníţení jem.
prachu a Hg
moţná,
ale řídce
pouţité
u
závodů
pod 100
MWtep.
moţná velká podle zdroje
pouţ.vápna,
mohou být
emise As,
Cd, Pb a Zn
lehce vyšší;
zvýšení
emisí CO2;
odpad. voda
specifické
zařízení
protoţe jsou
náklady na
mokrý proces
vysoké, je tato
technika více
ekonomická
pro větší
zařízení
pračka na
mořskou
vodu
sníţení emisí
SO2, HF,HCl,
prachu a Hg;
modernizace
stávajícího
zařízení o
odsiřování
spalin skýtá
také přínosy
při sníţení
jemného
prachu a Hg
moţná moţná velká tendence
sníţit
v sousedství
vodních
výpustí pH
a konc.
těţkých
kovů i
mnoţství
zbytkového
popela
vypouštěné
do prostředí
moře
specifické
zařízení
vyuţití
pračky na
moř. vodu
značně závisí
na specifické
situaci kvůli
dopadu
znečištění na
moř. prostředí
Plynné slouč.
Hg2+z uhel.
spalin jsou
slabě aţ silně
rozpustné a
rozpustnější
se vyperou
při odsíření
další typy
mokrých
praček
sníţení SO2 moţné,
ale řídké
u nových
zařízení
závisí na
jednotlivém
zařízení
velmi
omezené
závisí na
technice
není
k dispozici
sníţení dalších
znečišťujících
látek závisí na
spec. technice
rozprašo-
vací
sušárna
sníţení emisí
SO2,HF, HCl,
prachu a Hg;
vybavení
stávajícího
zařízení o
odsíření spalin
skýtá sníţení
jemného
prachu a Hg
moţná moţná velká odpady je
třeba uloţit
na skládku;
sníţení
celkové
účinnosti
velkého
spalovacího
zařízení
specifické
zařízení
Plynné slouče-
niny Hg2+
z uhelných
spalin lze také
zachytit v roz-
prašovací
sušárně zvlášť
při kombinaci
s tkaninovým
filtrem
injektáţ
sorbentu
sníţení SO2,
HF, HCl,
prachu
moţná moţná velká odpady je
třeba uloţit
na skládku
není
k dispozici
ostatní sníţení SO2 a s
kombinovanou
technikou
také NOx;
moţná,
ale u
nových
zařízení
zřídka
závisí na
jednotlivém
zařízení
velmi
omezená
sníţení
dalších
znečišťujících
látek závisí
na specifické
technice
288
4.4.6 Techniky k prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
Tab. 4.62: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování NOx a N2O
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Primární opatření
nízký
přebytek
vzduchu
sníţení
emisí
NOx,N2O,
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká směřuje k vyš.
obsahu nespál.
uhlíku v popelu;
nízký přebytek
vzduchu míří k
vyššímu podílu
CO i uhlovodíků
podle
specifického
zařízení
riziko koroze
potrubí i stěn
odstupňování
vzduchu
(dávkování
vzduchu)
moţná moţná velká míří k vyššímu
obsahu
nespáleného
uhlíku v popelu
podle
specifického
zařízení
recirkulace
spalin
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
u stávajících
zařízení závisí
vyuţitelnost na
jednotlivém
zařízení
nízkoemisní
hořáky
sníţení
NOx
moţná moţná velká vede k vyššímu
obsahu
nespáleného
uhlíku v popelu
u stávajících
zařízení závisí
vyuţitelnost na
jednotlivém
zařízení; často
znamená recirk.
spalin a dávk.
vzduchu
dospalování sníţení
NOx
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
u stávajících
zařízení závisí
vyuţitelnost na
jednotlivém
zařízení; pro
stávající zaříz.
je s ohledem na
omez. prostor
méně vhodné
neţ u zařízení
nových
Opatření ke snížení emisí N2O při spalování ve fluidních kotlích
nízký
přebytek
vzduchu
sníţení
emisí N2O
moţná moţná velká vyšší emise CO podle
specifického
zařízení
zvýš.teplota
fluidního loţe
sníţení
emisí N2O
moţná moţná stav
experim.
Zvýšené emise
NOx a SO2
není
k dispozici
riziko koroze
vyuţ. katalyt.
mater. jako je
MgO či CaO
v kotli
sníţení
emisí N2O
moţná moţná stav
experim.
není
k dispozici
zvýš. teplota
spalin
sníţení
emisí N2O
moţná moţná stav pilot.
zařízení
není k
dispozici
289
Tab.4.63: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Sekundární opatření
selektivní
nekatalytická
redukce
(SNCR)
sníţení NOx,
ačkoliv podíl
redukce je
mnohem
menší neţ u
SCR
moţná moţná velká úniky čpavku
(strhávání)
podle
specifického
zaříz
ení
velmi malé
teplotní rozmezí
a citlivá na kolí-
savé zatíţení,
proto je uplat-
nění velmi ome-
zené u spalování
práškového pali-
va i u fluidních
kotlů s cirkulu-
jícím loţem
selektivní
katalytická
redukce
(SCR)
sníţení
NOx
moţná moţná velká úniky čpavku podle
specifického
zařízení
aţ dodnes se
SCR pouţila
pouze u zaříze-
ní spalujících
černé uhlí
kombinované
techniky
sníţení
NOx a SO2
moţná,
ale u
nových
zařízení
zřídka
moţná, ale
zřídka
pouţito
velmi
omezená
závisí na
jednotlivém
procesu
není
k dispozici
kombinované
techniky se
týkají pouze
malého podílu
trhu ve
srovnání
s technikami
SCR
290
4.4.7 Techniky k prevenci a sniţování znečištění vody
Tab. 4.64: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro prevenci a sniţování znečištění vody
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nové
zařízení
zařízení
schopné
modernizace
Mokré metody odsíření
úprava vody
flokulací,
sedimentací
a
neutralizací
odstranění
fluoridů,
těţkých
kovů, CHSK
a pev. částic
moţná moţná velká kal lze přidávat
do uhlí a převést
do popílku a
sádrovce z odsiř.
spalin, či opětně
vyuţít jako
plnidlo do dolů
podle
specifického
zařízení
redukce NH3
vzdušným
rozráţením,
sráţením či
biodegradací
sníţení
obsahu
čpavku
pouţito pouze je-li
obsah čpavku v odpad.
vodě vysoký kvůli
SCR/SNCR
velká podle
specifického
zařízení
provoz
s uzavřeným
okruhem
sníţené
vypouštění
odpad. vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
míchání
odpad. vody
s uhel.
popelem
zamezení
vypouštění
odpadní
vody
moţná moţná velká stabiliz. materiál
lze vyuţít jako
plnivo do
povrch. lomů
podle
specifického
zařízení
Vyplavení a přeprava strusky ( škváry)
uzavřený
vodní okruh
s filtrací nebo
sedimentací
sníţené
vypouštění
odpadní
vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
Regenerace demineralizačního zařízení a čištění kondenzátu
neutralizace
a
sedimentace
sníţené
vypouštění
odpadní
vody
moţná moţná velká kal, který je
nutno odvodnit,
aby se mohl
zneškodnit
podle
specifického
zařízení
Vymývání
neutralizace jen v případě provozu
s alkáliemi
velká podle
specifického
zařízení
Výplach kotlů, ohříváku vzduchu a zařízení ke srážení
neutralizace
a uzavřený
okruh nebo
suchá metoda
čištění
sníţené
vypouštění
odpadní
vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
Splachování povrchu
sedimentace
či chemická
úprava a
opětné
interní
vyuţití
sníţené
vypouštění
odpadní
vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
291
4.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) ke spalování černého a hnědého uhlí
4.5.1 Úvod
Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě
tohoto dokumentu a zejména k 5. části předmluvy: „ Jak pochopit a pouţít tento dokument“.
Techniky a s nimi spojené emise a /nebo úrovně spotřeb, nebo rozmezí úrovní, které se
předkládají v této kapitole, lze posoudit na základě opakovaného postupu, který zahrnuje
následující kroky:
identifikaci klíčových problémů působení odvětví na ţivotní prostředí, coţ jsou emise do
ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování
odzkoušení technik, které nejlépe řeší tyto klíčové problémy
identifikaci úrovní nejohleduplnějšího působení na ţivotní prostředí na základě údajů
dostupných v Evropské unii a ve světě
odzkoušení podmínek, za kterých se tyto úrovně provozu dosahovaly; jedná se o náklady,
přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro zavedení těchto
technik
výběr nejlepších dostupných technik (BAT) a s nimi spojených emisí a /nebo úrovní
spotřeb pro toto odvětví obecně, naprosto v souladu s článkem 2, odstavcem 11 a
přílohou IV Směrnice 96/61/EC.
Na základě tohoto posouzení se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou
k dispozici (BAT) a pokud moţno i s nimi spojené emise a úroveň spotřeb, které se povaţují
za přiměřené pro odvětví jako celek a v mnohých případech odráţejí současné výkony
některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb spojené s
„nejlepšími dostupnými technikami“, je třeba to chápat jako mínění, ţe takové úrovně, které
představují působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění
popsaných technik v tomto odvětví při zohlednění rovnováhy nákladů a výhod, coţ je
nedílnou součástí definice BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní
spotřeby a neměly by se takto chápat. V některých případech můţe být technicky moţné
dosáhnout lepších úrovní a spotřeb, ale se zřetelem k započteným nákladům nebo přenosu
dopadů z jednoho prostředí do druhého, je nelze povaţovat za vhodné BAT pro odvětví jako
celek. Takové úrovně lze však povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech, kde je
k tomu speciální motivace.
Na úrovně emisí a spotřeb spojených s pouţitím BAT je třeba pohlíţet zároveň se
specifickými podmínkami daného místa ( např. zprůměrováním za dané období).
Pojem „ úrovně spojené s BAT“ popisované výše je třeba odlišovat od termínu „ dosaţitelná
úroveň“, pouţívaného kdekoliv v tomto dokumentu. Tam, kde je úroveň popsána jako
„dosaţitelná“ při pouţití určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako
názor, ţe lze dosaţení dané úrovně očekávat za určité podstatné období při dobře udrţovaném
a provozovaném zařízení, nebo postupu, kdy se pouţívá těchto technik.
292
Tam, kde jsou k dispozici údaje o nákladech, uvádějí se společně s popisem technik, které
byly představeny v předchozí kapitole. Ty podávají hrubé údaje o velikosti započtených
nákladů. Ale skutečné náklady na uplatnění techniky budou velmi záviset na specifické situaci
zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. V tomto
dokumentu není moţné vyhodnotit do důsledků takové místně specifické faktory. Pokud
nebudou údaje týkající se nákladů k dispozici, budou závěry o ekonomické realizovatelnosti
technik odvozeny ze sledování u stávajících zařízení.
Je záměrem, aby se údaje u obecných BAT v této kapitole staly referenčními body, proti
kterým by se posoudil současný výkon stávajícího zařízení, nebo porovnal návrh na zařízení
nové. Tímto způsobem budou napomáhat při určování vhodných podmínek zaloţených na
BAT pro zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavce 8.
Předpokládá se, ţe nová zařízení se mohou projektovat tak, aby se provozovala na stejných
úrovních jako obecné BAT zde překládané, nebo dokonce ještě lepších.
Uvaţuje se o tom, ţe stávající zařízení by se mohla postupem času přiblíţit úrovním obecných
BAT nebo ještě lepším, coţ je v kaţdém případě závislé na technické i ekonomické
realizovatelnosti technik.
Přestoţe dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, povaţují se za zdroj informací
pro nasměrování průmyslu, členských států a veřejnosti na úrovně emisí a spotřeb, kterých
lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Přiměřené emisní limity pro jakýkoliv
specifický případ bude třeba stanovit se zřetelem k cílům Směrnice IPPC a místním
okolnostem.
Aby se zamezilo opakování informací v tomto dokumentu, je třeba se vrátit k BAT u EMS
v části 3.15.1.
293
4.5.2 Vykládka, skladování a manipulace s palivem a aditivy
BAT pro prevenci úniků z vykládky, skladování a manipulace s černým a hnědým uhlím a
také s aditivy, jako je vápno, vápenec, čpavek atd. se uvádějí v tabulce 4.60
Tab. 4.65: BAT pro vykládku, skladování a manipulaci s černým a hnědým uhlím a s aditivy
materiál znečišťující
látka
BAT
černé a
hnědé uhlí
prach vyuţít vybavení pro nakládání a vykládání, které minimalizuje výšku pádu
paliva na hromady ve skladech a tím sniţuje tvorbu druhotného (fugitivního)
prachu
v zemích, kde nemrzne, vyuţít systému rozstřiku vody ke sníţení tvorby
fugitivních (druhotných) emisí prachu na hromady paliva ve skladech
podle tvorby fugitivních (druhotných) emisí zakrýt úloţiště naftového koksu
zatravnit celé plochy déledobých skládek uhlí, aby se předešlo fugitivním
emisím prachu a ztrátám paliva způsobeným oxidací při styku se vzdušným
kyslíkem
pouţít přímé přepravy hnědého uhlí prostřednictvím pásových dopravníků
nebo vlakových souprav z dolů do skladovacího prostoru pro hnědé uhlí ve
stanici
umístit přepravní dopravníky na bezpečných otevřených prostorech nad zemí,
tak, aby se předešlo poškození způsobeného vozidly a dalším vybavením
vyuţít čistícího zařízení pásových dopravníků, aby se minimalizovala tvorba
fugitivních (druhotných) emisí prachu
vyuţít uzavřených dopravníků s dobře projektovaným vybavením
s výkonným odsáváním a filtrací v místech předávky paliva, aby se předešlo
emisím prachu
racionalizovat systémy dopravy, aby se minimalizovala tvorba a šíření
prachu v rámci stanice
vyuţít dobrého projektu a provádění stavebních prací a odpovídající údrţby
kontaminace
vody skládka má být na izolovaném povrchu s odvodňováním, se sběrem drenáţní
vody a úpravou vody v usazovacích nádrţích
dešťová voda z povrchu skládky černého a hnědého uhlí, která spláchla
částice paliva se musí před vypuštěním upravit v usazovacích nádobách
předcházení
ohni vybavit prostory skladů černého a hnědého uhlí automatickými signálními
systémy pro detekci ohně vzniklého samovznícením a identifikovat riziková
místa
vápno a
vápenec
prach pouţívat uzavřené dopravníky, systémy pneumatické přepravy a zásobní sila
s velmi dobře projektovaným systémem odsávání a filtrace v místech
dodávky a v místech předávání z pásu na pás, aby se předešlo emisím prachu
čistý
kapalný
čpavek
riziko čpavku
pro zdraví a
bezpečnost
při manipulaci a skladování čistého kapalného čpavku musí mít pouţité
tlakové nádoby o objemu nad 100 m3 dvojité stěny a musí být umístěny
v podzemí; zásobníky o 100 m3 a menší by měly být vyrobeny za pomoci
pochodů ţíhání
z hlediska bezpečnosti je méně riskantní pouţít namísto čistého zkapalněného
čpavku včetně jeho skladování a manipulace s ním, vodného roztoku čpavku
4.5.3 Předúprava paliva
Při předběţné úpravě paliva, jako je černé a hnědé uhlí se povaţuje za součást BAT příprava
směsi paliva a promíchání, aby se zajistily podmínky stabilního spalování a sníţily se tudíţ
maximální emise. Na záměnu paliva, například přechod z jednoho druhu uhlí na jiný o lepším
dopadu na ţivotní prostředí lze také pohlíţet jako na BAT.
294
4.5.4 Spalování
Při spalování černého a hnědého uhlí a spalování těchto práškových materiálů v nových i
stávajících zařízeních se povaţuje za BAT spalování ve fluidním loţi (stacionárním i
cirkulujícím), stejně jako spalování v tlakovém fluidním loţi a spalování na roštu. Spalování
na roštu by se mělo dávat přednost pouze u nových zařízení se jmenovitým tepelným
příkonem pod 100 MW.
U projektů nových kotlů nebo projektů pro rekonstrukci stávajících zařízení se za BAT
povaţují takové systémy vytápění, které zajišťují vysokou účinnost kotle a které zařadily
primární opatření ke sníţení tvorby emisí NOx, tedy odstupňování vzduchu a paliva, moderní
nízkoemisní hořáky a/nebo dospalování atd. Za BAT se povaţuje rovněţ vyuţití moderního
systému počitačové regulace při dosaţení vysoké výkonnosti kotle za podmínek postupného
spalování, které podporuje sníţení emisí.
4.5.5 Tepelná účinnost
Ke sníţení skleníkových plynů, zejména úniků CO2 ze spalovacích zařízení na černé a hnědé
uhlí, jsou z dnešního hlediska nejlepší moţností volby techniky a provozní opatření ke
zvýšení tepelné účinnosti. Sekundární opatření k záchytu CO2 a zneškodnění popsaná
v příloze 10.2 tohoto dokumentu jsou v časném stádiu vývoje. Tyto techniky by měly být
k dispozici v budoucnosti, ale ještě se nemohou povaţovat za BAT.
U elektráren se energetická účinnost povaţuje za měrné teplo (energie vstupního paliva /
energetický výkon celé elektrárny) a za účinnost elektrárny, coţ se zde povaţuje za inverzní
hodnotu měrného tepla (tj. procentuální mnoţství vyrobené energie/ energie vstupního
paliva). Energie paliva se měří jako výhřevnost. S uplatněním ultra superkritických parametrů
páry ke zlepšení účinnosti, jako je dvojí ohřev a nejmodernější vysokoteplotní materiály, se
postavily, s přímým chlazením vodou, kondenzační elektrárny spalující černé a hnědé uhlí
s měrným teplem 2,08 a účinností 48 %.
Protoţe postavit zvláště výkonné kondenzační elektrárny je příliš investičně náročné, povaţují
se za ekonomicky nekonkurenční. Proto se za BAT u nových kondenzačních elektráren
spalujících černé nebo hnědé uhlí (při spalování práškového černého nebo hnědého uhlí
v granulačním kotli nebo v kotli výtavném) s přímým chlazením vodou ( při výkonu nad 300
MWtep.) za pouţití superkritických parametrů páry povaţuje hodnota měrného tepla 2,3 – 2,2
a hladina účinnosti 43 – 47 %.
Nejvyšších účinností se u zařízení při základním zatíţení dosahuje pouze s extrémně
vysokými parametry páry. Zařízení se špičkovým zatíţením s častými cykly najíţdění se musí
vyprojektovat s niţšími parametry páry, coţ znamená přiměřeně niţší účinnosti.
Kogenerační (CHP) zařízení musí být jedním z technicky i ekonomicky nejúčinnějších
prostředků ke zvýšení energetické účinnosti (vyuţití paliva) systému dodávané energie.
Kogenerace se proto povaţuje za nejdůleţitější moţnost volby BAT ke sníţení mnoţství
CO2 vypouštěného do ovzduší na jednotku vyrobené energie. Kogenerace by mohla být
úkolem pro jakoukoliv nově stavěnou elektrárnu, kdykoliv ekonomicky realizovatelnou, tj.
kdykoliv je místní potřeba tepla dost vysoká, aby garantovala stavbu draţšího kogeneračního
závodu namísto jednoduššího zařízení pouze pro výrobu tepla nebo elektřiny.
295
Protoţe poptávka po teple během roku kolísá, je třeba, aby byly kogenerační závody velmi
flexibilní, pokud jde o poměr vyrobeného tepla k elektřině a aby dosáhly vysokých účinností
také při provozu s částečným zatíţením. V této souvislosti se také uvádějí zařízení, která
obsahují kondenzační turbiny s odebíráním páry, kde míra účinnosti zařízení s kondenzačními
turbinami a odběrem páry stojí mezi kogenerací a kondenzačním zařízením.
Exergetická účinnost (viz také část 2.7.5) spojená s provozem kogeneračního závodu
za podmínek BAT je 45 – 55 %, coţ je rovno měrnému teplu v rozmezí 1,1 – 1,3 a účinnosti
energie (paliva) 75 – 90 % v závislosti na vyuţití specifického zařízení. Při porovnání s
měrným teplem a účinností nových pouze kondenzačních zařízení spalujících k výrobě
elektřiny černé a hnědé uhlí s účinnostmi 42 – 47 % a měrným teplem 2,3 se uspoří palivo a
tak se viditelně sníţí mnoţství vytvořeného CO2.
Je třeba si uvědomit, ţe tyto hladiny BAT nelze dosáhnout za všech podmínek provozu.
Energetická účinnost je nejdůleţitějším kritériem projektu zařízení. Faktické energetické
účinnosti mohou být během provozu zařízení vlivem změn v zatíţení, jakosti paliva atd.
během provozu niţší. Energetická účinnost také závisí na systému chlazení elektrárny, jejím
geografickém umístění (viz tab. 2.3) a na spotřebě energie systému čištění spalin.
U stávajících zařízení spalujících černé a hnědé uhlí se můţe uplatnit řada rekonstrukčních,
recyklačních technik ke zvýšení tepelné účinnosti. Je třeba počítat s technickými opatřeními,
která jsou popsána v kapitole 3.2.6.1 jako součástí moţností volby BAT ke zvýšení účinnosti
stávajících zařízení. Významných výsledků se dosáhlo při navýšení výkonu starých kotlů,
zejména v zemích přechodové ekonomiky.
Při zvyšování účinnosti je třeba obecně zohlednit následující opatření:
spalování: minimalizace tepelných ztrát vlivem nespálených plynů a sloţek v pevných
odpadech a zbytcích ze spalování
nejvyšší moţný tlak a teplota středotlaké páry. Opakované přehřívání páry ke zvýšení
čisté elektrické účinnosti
nejvyšší moţná tlaková ztráta na konci nízkotlaké parní turbiny pomocí nejniţší moţné
teploty chladící vody (chlazení čerstvou vodou)
minimalizace tepelné ztráty spalinami (vyuţití zbytkového tepla nebo pro rozvod tepla)
minimalizace tepelné ztráty prostřednictvím strusky (škváry)
minimalizace tepelné ztráty vedením a sáláním pomocí izolace
minimalizace vnitřní spotřeby energie přijetím příslušných opatření, např.u odpařováku,
zvětšit účinnost čerpadla napájecí vody atd.
předehřátí napájecí vody do kotle parou
zlepšení geometrie lopatek turbin
Hladiny tepelné účinnosti spojené s uplatněním opatření BAT, které se zvaţovaly v kapitole
4.3 o zlepšení účinnosti jsou shrnuty v tabulce 4.66:
296
Tab. 4.66: Výše tepelné účinnosti související s pouţitím opatření BAT
palivo kombinovaná technika jednotka tepelné účinnosti (čisté) (%)
nová zařízení stávající zařízení
černé a
hnědé
uhlí
kogenerace 75-90 75-90
černé
uhlí
práškové uhlí -
granulační a výtavné kotle
43-47 dosaţitelné zlepšení tepelné
účinnosti závisí na specifickém
zařízení, ale jako indikační
hladina pro BAT se můţe
předpokládat 361 – 40 % nebo se
můţe u stávajících zařízení
povaţovat za BAT postupné
zlepšování o více neţ 3 % body
fluidní kotle
tlakové fluidní kotle
>41
>42
hnědé
uhlí
práškové uhlí
(granulační kotel)
42-45
fluidní kotel >40
tlakový fluidní kotel >42 1
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu tvrdí, ţe u stávajícího zařízení se dosáhnou
čisté jednotkové účinnosti, které následují po hlavním postupném zlepšování pouze v
rozmezí 30 – 40 %. Také tvrdí, ţe to závisí na specifickém zařízení a charakteristikách
paliva, při zohlednění poklesu účinnosti vlivem značné spotřeby energie zařízení (obvykle
rekonstruovaného) pro redukci emisí.
4.5.6 Prach
Při odprašování výstupních plynů z nových i stávajících spalovacích zařízení na černé i hnědé
uhlí se povaţuje za BAT vyuţití elektrostatických odlučovačů nebo tkaninových filtrů, kde
tkaninové filtry zaznamenávají běţně nízkou hodnotu emisí pod 5 mg /Nm3. Kromě toho
nejlepších hodnot sníţení Hg se dosahuje obvykle u systémů redukce emisí (např. u
odsiřování spalin + zařízení k odlučování tuhých znečišťujících látek), které vyuţívají
tkaninových filtrů.
Cyklony a mechanické odlučovače samotné se za BAT nepovaţují, ale lze jich pouţít jako
předřadného stupně při čištění spalin.
Závěrečný výrok o BAT pro odprašování a související hladiny emisí se souhrnně uvádějí
v tabulce 4.67. Související hladiny prachu počítají s potřebou sníţit jemné částice (PM10 a
PM2,5) a minimalizovat emise těţkých kovů (zejména emise rtuti vázané na pevné částice)
pokud mají tendenci se hromadit přednostně na jemnějších částicích prachu. U spalovacích
závodů nad 100 MWtep., a to zejména nad 300 MWtep jsou hladiny emisí prachu niţší
z důvodu zařazení technik pro odsiřování spalin, které jsou jiţ součástí závěrů o BAT pro
odsiřování a také sniţují tuhé částice.
Hladiny emisí vztahující se k BAT jsou zaloţeny na denním průměru, standardních
podmínkách a 6 % hladině kyslíku a představují obvyklý stav zatíţení. V období špičkového
zatíţení, najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních problémech u systémů
čištění spalin se musí zohlednit i krátce trvající špičkové hodnoty, které by mohly být i vyšší.
297
Tab.4.67: BAT pro odprašování výstupních plynů ze spalovacích zařízení na černé a hnědé
uhlí.
výkon
MWtep.
hladina emisí
prachu
(mg/Nm3)
BAT pro
dosaţení těchto
hladin
monitoring pouţitelnost
na zařízení
připomínky
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 5-201
5-302
ESP/TF kontinuální nová i
stávající
Sníţení podílu
prachu vlivem
ESP je 99,5 %
nebo vyšší
Sníţení podílu
prachu s TF je
99,95 % a vyšší
100-300 5-203
5-254
ESP/TF u PC
v kombinaci
s odsiřováním
spalin (mokrou,
suchou nebo
polosuchou
metodou);
ESP nebo TF
pro CFBC
kontinuální nová i
stávající
>300
5-105
5-205
5-206
5-206
ESP/TF pro PC
v kombinaci
s mokrým
odsiřováním;
ESP nebo TF
pro CFBC
kontinuální
nová i
stávající
sníţení podílu
prachu s ESP je
99,5 % nebo
vyšší;
sníţení podílu
prachu s TF je
99,95 % nebo
vyšší;
mokrá pračka pro
odsiřování spalin
rovněţ odlučuje
prach
Vysvětlivky: ESP=elektrostatický odlučovač; TF= tkaninový filtr;
PC= spalování práškového uhlí;
CFBC= spalování v kotli s cirkulujícím loţem
Při velmi vysoké koncentraci prachu v surovém plynu, ke které můţe dojít, kdyţ se spaluje
jako palivo hnědé uhlí o nízké výhřevnosti, se za BAT spíše povaţuje podíl odloučení 99,95
% u ESP a 99,99 % u TF oproti hodnotám uvedeným v této tabulce.
1 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 10 – 50 mg/Nm
3
2 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 20 – 100 mg/Nm3
3 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 10 – 30 mg/Nm3
4 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 10 – 100 mg/Nm3 pro ESP nebo
TF a 10 – 50 mg/Nm3 v případě kombinace s mokrou odsiřovací metodou
5 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 10 – 30 mg/Nm3
6 Zástupci průmyslu a jednoho z členských států navrhli 10 – 100 mg/Nm3 pro ESP nebo
TF a 10 – 50 mg/Nm3 v případě kombinace s mokrou odsiřovací metodou
298
Racionální výhradou průmyslu, která se týká hodnot uvedených výše je, ţe se vţdy
nezohlednily do důsledků problémy, jako jsou charakteristiky paliva, měrný odpor
popela, vstupní koncentrace SO2 ve spalinách, která určuje míru potřeby odsiřování,
ekonomika, stejně jako poţadavek na vysokou účinnost jednotky. Jeden členský stát
podpořil názor průmyslu a trval na tom, ţe dokonce i při vysoké účinnosti
elektrostatického odlučovače nedocílí dosaţené emise prachu při pouţití nízkojakostního
hnědého uhlí s vysokým měrným odporem popela a jeho vysokým obsahem nikdy hodnot
niţších, neţ jsou navrhované úrovně pro stávající zařízení, která nepotřebují mokré
odsiřování spalin díky přirozenému odsíření.
1,2 Jeden představitel průmyslu vyjádřil názor, ţe u zařízení s výkonem mezi 50 – 100 MW,
které spaluje uhlí, jsou emise prachu méně neţ 30 mg/Nm3 příliš optimistické a neuvádí
ţádnou dolní mez pro zhoršení pomocného zařízení (zejména tkaninového filtru) nebo
kolísání záchytu (zejména u elektrostatického odlučovače). Ještě velmi přísný, ale
v praxi dosaţitelnější je emisní limit pro prach ve výši 50 mg/Nm3.
5,6 Jeden členský stát navrhl, ţe by měla být hodnota pro BAT 10 – 50 mg/Nm
3, protoţe
tyto výše jsou v souladu s emisními limity členských států. Jejich odlučovací systémy se
postavily tak, aby těchto limitů dosáhly. Pokud se týká nových zařízení, má dotyčný
členský stát plán pro zařízení spalující uhlí, kde se předpokládá úroveň emisí prachu 20
mg/Nm3.
4.5.7 Těţké kovy
Minerální obsah paliva tvoří různé substance v závislosti na jeho původu. Všechna pevná
paliva jako je černé a hnědé uhlí mají určitou koncentraci stopových prvků, jako jsou těţké
kovy. Povaha těţkých kovů vyvolává při procesu spalování fyzikálně-chemické reakce.
V zásadě se většina těţkých kovů v procesu spalování odpařuje a později během procesu
kondenzuje na povrchu pevných hmotných částic (tj. popílku). Většina kovů má při
provozních teplotách, které jsou v typickém zařízení pro sníţení znečištění do ovzduší,
dostatečně nízký tlak par, coţ umoţňuje, aby kondenzovaly na hmotných částicích. Proto je
nejlepší dostupnou technikou (BAT) ke sníţení emisí těţkých kovů ze spalin spalovacích
zařízení na černé a hnědé uhlí vyuţití vysoce výkonného elektrostatického odlučovače ( podíl
odloučení > 99,5 %) nebo tkaninového filtru (podíl záchytu > 99,99 %).
Rtuť má vysoký tlak par při obvyklých provozních teplotách odlučovacího zařízení a její
záchyt v zařízení na odlučování tuhých hmotných částic je značně variabilní. Povaţují-li se
rozprašovací sušárny a suché a mokré vápno/vápencové pračky k odloučení SO2 za BAT pro
velká spalovací zařízení, pak se při těchto BAT dosáhne nízkých hladin emisí rtuti.
Pokud jde o sníţení a omezení emisí Hg, lze prohlásit, ţe druhy uhlí o dobré jakosti
(bituminósní uhlí) mají srovnatelně nízký obsah Hg a ţe nejlepšího sníţení úrovní emisí Hg se
obvykle dosáhne redukčními systémy, které vyuţívají tkaninových filtrů nebo
elektrostatických odlučovačů, kdy elektrostatický odlučovač vykazuje dobrou účinnost
odstranění Hg při teplotách niţších neţ 130º C.
299
Kromě toho mohou některé kombinace systémů pro čištění spalin do určité míry odstranit
oxidovanou a na pevné částice prachu vázanou formu Hg. Při provozovaných tkaninových
filtrech a elektrostatických odlučovačích ve spojení s technikami odsiřování spalin jako jsou
mokré vápencové metody, rozprašovací sušárny nebo nástřik suchého sorbentu, je dosaţeno
průměrného podílu odstranění Hg 75 % (50 % v elektrostatickém odlučovači a 50 % při
odsiřování) nebo 90 % za přítomnosti selektivní katalytické redukce. Podíl sníţení při
spalování méně jakostního (sub-bituminósního) černého nebo hnědého uhlí či lignitu je
značně niţší a to v rozsahu 30 – 70 %. Niţší úrovně záchytu Hg v zařízeních spalujících méně
jakostní černé a hnědé uhlí včetně lignitu se připisují nízkému obsahu uhlíku v popílku a
poměrně vyššímu mnoţství plynné rtuti ve spalinách ze spalování těchto paliv.
BAT je periodické monitorování Hg. Doporučuje se provádět jednou za rok nebo za tři roky a
to podle druhu pouţívaného uhlí. Je třeba monitorovat celkové emise rtuti a ne pouze Hg,
která je přítomna v zachyceném popílku jako součást tuhých emisí.
4.5.8 Emise SO2
Obecně se u spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí včetně lignitu za BAT povaţuje
odsiřování spalin a pouţití nízkosirného uhlí. Vyuţití nízkosirného uhlí ale můţe být
doplňkovou technologií ( zejména u zařízení nad 100 MWtep.), obvykle však samo o sobě
sníţení emisí SO2 nestačí.
Rozlišení u BAT lze provést podle technologie kotle: velká zařízení spalující černé a hnědé
práškové uhlí se řeší samostatně a fluidní kotle rovněţ, protoţe mají rozdílné metody
technologie odsiřování.
Vedle vyuţití nízkosirnatého uhlí jsou technikami, které se povaţují za BAT pro spalovací
zařízení na práškové černé a hnědé uhlí jsou: mokré pračky, suché rozprašovací sušárny a pro
menší zařízení asi pod 250 MWtep. také injektáţ suchého sorbentu (tj. odsiřování spalin
suchou cestou ve spojení s tkaninovým filtrem). Tyto techniky zaujímají více neţ 90 %
podílu na trhu technik pro odsiřování spalin. Za odpovídající stupeň odsíření se povaţuje u
mokrých praček 85 – 98 %, u rozprašovacích sušáren mezi 80 – 92 % a u injektáţe suchého
sorbentu mezi 70 – 90 %. Není však nutné provozovat odsiřovací zařízení při těchto
účinnostech odsíření, pokud by byly emise docílené tímto způsobem mnohem níţ neţ úrovně
emisí, které se spojují s BAT.
Mokrá vypírací metoda má také vyšší stupeň sníţení HF a HCl (98 – 99%). Pro obě
znečišťující látky je při pouţití mokré vypírací technologie příslušná hodnota emisí 1 – 5
mg/Nm3. Odsiřování vybavené výměníky tepla na bázi plyn-plyn vykazují emise vyšší.
Zejména u HF je celková účinnost odstranění niţší neţ u SO2 a HCl.
Další výhodou mokré vypírací metody je její příspěvek ke sníţení emisí prachu a těţkých
kovů (jako je Hg). Stávající zařízení, která jiţ pouţívají systém mokrého odsiřování spalin,
mohou sníţit emise SO2 optimalizací profilu nátoku do nádoby absorbéru. Proces mokrého
odsiřování je pro menší zařízení drahý a proto se nepovaţuje za BAT pro zařízení s výkonem
menším neţ 100 MW tep.. Oproti jiným odsiřovacím systémům ale mokrá metoda produkuje
sádrovec, který můţe být prodejným produktem pouţívaným v průmyslu výroby cementu
nebo ve stavebnictví.
300
Vypírání mořskou vodou se povaţuje za součást závěrečných výroků o BAT pro její vysokou
spolehlivost a protoţe se jedná o jednoduchý proces, který nevyţaduje manipulaci s kalem a
netvoří vedlejší produkty. Ale je třeba, aby se pečlivě prověřily místní podmínky, pokud jde
o mořskou vodu, příliv a odliv, prostředí mořské vody v těsné blízkosti výtoku z pračky atd.,
aby se zabránilo jakýmkoliv negativním dopadům na ţivotní prostředí nebo na ekosystémy.
Dopady mohou nastat vlivem sníţeného pH v bezprostředním okolí elektrárny, stejně jako ze
vstupu zbytkových kovů (těţkých kovů zejména Hg) a popílku. To se týká zejména zařízení,
která se nacházejí v ústí řek.
Pokud jde o Hg, je třeba věnovat pozornost tomu, aby bylo dosaţeno souladu se Směrnicí
Rady 84/156/EEC o vypouštění rtuti. Podle této směrnice určí členské státy emisní limit na
vypouštění rtuti z elektráren v souladu s předcházející směrnicí 76/464/EEC. Limitní hodnota
nesmí být méně přísná neţ nejblíţe srovnatelná hodnota limitu uvedená v příloze I Směrnice
84/156/EEC. Kromě toho se vyţaduje monitorování.
U spalovacích zařízení o méně neţ 100 MWtep. se za BAT povaţuje vyuţití nízkosirnatého
uhlí nebo injektáţ sorbentu.
Další techniky pro odsiřování popsané v části 3.5, jako jsou kombinované techniky ke
sniţování NOx a SO2, jako je proces s aktivním uhlím a proces DESONOX, lze klasifikovat
jako BAT v případech, kde místní specifické podmínky umoţňují, aby se takové techniky
pouţily nebo mohou investice odůvodnit.
Vliv přirozeného odsíření při vyuţívání nízkojakostního hnědého uhlí s nízkým obsahem síry
a vysokým obsahem alkalického popílku můţe také docílit aţ 90 % odstranění SO2, ale
povede vzhledem k nízké jakosti paliva k vysokým emisím prachu a vyššímu objemu odpadů.
Teplota spalování ve fluidních kotlích je příznivá pro reakci síry se sloučeninami vápníku
nebo hořčíku, přidanými do loţe. Produkty reakce, sádrovec a nezreagovaný vápenec se
odstraňují z loţe částečně spolu s popelem a částečně z elektrostatického odlučovače nebo
čistírny plynu s tkaninovými filtry společně s popílkem Při spalování ve fluidním loţi je pro
vysoký stupeň odsíření zapotřebí vyššího podílu Ca/S neţ při mokré metodě odsiřování nebo
ve sprchových věţích. Ale dokonce i při vysokých podílech Ca/S nemůţe spalování ve
fluidním loţi dosáhnout tak vysokého stupně odsíření jako mokrá vypírací metoda.
Při spalování ve fluidních kotlích s cirkulujícím loţem (CFBC) se dosahují vyšší stupně
odsíření neţ u kotlů při spalování ve stacionárním fluidním loţi. Účinnosti odsíření při
spalování černého a hnědého uhlí ve fluidních kotlích s cirkulujícím loţem jsou 80 – 95 %
s mírným přebytkem Ca/S (tj. s podílem mezi 2 – 4). Kdyţ se obsah síry v palivu zvyšuje,
poměr Ca/S lehce klesá při určitém odloučení síry (např. 90 % odloučení). Ale skutečný
průtokový objem upotřebeného vápence se zvyšuje a stejně tak i mnoţství vytvořeného
odpadu. Tedy současným záměrem při spalování paliva se zvláště vysokým obsahem síry (4
– 6 % ) v cirkulujícím loţi fluidních kotlů je kombinovat: a) záchyt síry vápencem v topeništi
(in situ) a b) záchyt síry na studené straně (za odlučovačem spalin). Pokud se berou v úvahu
veškerá hlediska, povaţuje se záchyt síry v cirkulujícím loţi fluidního kotle pouze s injektáţí
vápence do fluidního loţe za BAT pro paliva s nízkým nebo mírným obsahem síry (< 1 – 3
% S).
U spalování v kotlích se stacionárním fluidním loţem je odpovídající účinnost odsíření mezi
55 aţ 65 % při podobné jakosti černého nebo hnědého uhlí a podobné jakosti a spotřebě
vápence. Následkem nízkého odsíření v kotlích se stacionárním fluidním loţem se nemůţe
injektáţ vápence nebo dolomitu (dolomitického vápence) povaţovat za BAT.
301
V kotlích se stacionárním fluidním loţem, které spalují pouze černé uhlí jsou BAT techniky
koncového čištění popsané jako BAT pro spalování práškového uhlí s příslušnými hladinami
emisí, které tyto techniky mají.
Závěrečný výrok o BAT pro odsiřování a o souvisejících hladinách emisí se souhrnně uvádí v
tabulce 4.68. S BAT související hladiny emisí se zakládají na denním průměru, standardních
podmínkách a 6 % hladině kyslíku a představují obvyklý stav zatíţení. Při období špičkového
zatíţení, najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při problémech provozu zařízení na
čištění spalin se musí zohlednit i krátkodobé špičkové hodnoty, které mohou být i vyšší.
Tab. 4.68: BAT pro prevenci a sniţování emisí oxidu siřičitého ze spalovacích zařízení na
černé a hnědé uhlí
výkon
(MWtep.)
technika
spalování
hladina emisí SO2
spojená s BAT (mg/Nm3)
moţnosti volby BAT k
dosaţení těchto hladin
pouţitelnost monitoring
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100
GF 200-400 200-400 nízkosirné palivo nebo
FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
PC 200-4001 200-4002 nízkosirné palivo FGD
(dsi) nebo FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
CFBC a
PFBC
150-4003 150-4004 nízkosirné palivo
injektáţ vápence
nová i stávající
zařízení
kontinuální
BFBC 150-4005 150-4006 nízkosirné palivo, FGD
(dsi) a FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
100-300
PC
100-200
100-2507
nízkosirné palivo
FGD (wet), FGD (sds),
FGD (dsi aţ asi do 200
MWtep.), vypírání
mořskou vodou, kombi.
techniky ke sníţení
NOx a SO2
nová i stávající
zařízení
kontinuální
CFBC a
PFBC
100-200 100-2508 nízkosirné palivo
injektáţ vápence
nová i stávající
zařízení
kontinuální
BFBC 100-200 100-2509 nízkosirné palivo
FGD (wet), FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
> 300
PC
20-15010
20-20011 nízkosirné palivo, FGD
(wet), FGD (sds),
vypírání mořskou
vodou, kombinované
techniky ke sníţení
NOx a SO2
nová i stávající
zařízení
kontinuální
CFBC a
PFBC
100-200 100-20012 nízkosirné palivo
injektáţ vápence
nová i stávající
zařízení
kontinuální
BFBC 20-150 20-20013 nízkosirné palivo
FGD (wet)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
Vysvětlivky:
GF: spalování na roštu
PC: spalování prachového paliva
CFBC: spalování v cirkulujícím fluidním loţi
FGD (wet): mokré odsiřování spalin)
FGD (dsi): odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu
BFBC: spalování ve stacionárním fluidním loţi
PFBC: spalování v tlakovém fluidním loţi
FGD (sds): odsiřování spalin v rozprašovací
sušárně
302
Zástupci průmyslu prohlásili, ţe hladiny by mohly být následující:
1-6
8-9
12, 13
horní hladina 300 mg/Nm3
7 horní hladina 600 mg/Nm3
10 horní hladina 200 mg/Nm3
11 horní hladina 400 mg/Nm3
Tyto hladiny navrhli zástupci průmyslu, protoţe jako celek prohlašují, ţe lépe
zohledňují charakteristiky paliva, vlivy vstupních koncentrací SO2 ve spalinách,
hladiny dosaţitelné u BAT vzhledem k odsouhlaseným účinnostem odsíření u
mokré metody ve výši 85 – 98 %, vysoké spotřebě energie na takový mokrý
odsiřovací systém v souvislosti s poţadavky na čistou jednotkovou účinnost a proto
je zapotřebí optimalizace mezi výkonem techniky k odlučování emisí (nízké emisní
hodnoty ) a související spotřebou energie (poplatky za energii). Zástupci jednoho
členského státu potvrdili hlavně stejné horní hladiny rozmezí vyjma u 2)
, kde by
mělo být 2000 mg/Nm3 a u
7) , kde by mělo být 1200 mg/Nm
3. Jejich racionálním
zdůvodněním je, ţe u určitých stávajících elektráren na hnědé uhlí se spaluje palivo
s vysokým obsahem síry a v surových spalinách je koncentrace SO2 v rozmezí
15000 – 20000 mg/Nm3 (v suchém plynu při 6 % O2). Emisního rozmezí 300 –
400 mg/Nm3 v suchém plynu a při 6 % O2 při 98 % účinnosti odsíření můţe
dosáhnout jen sofistikovaný a značně velký systém mokrého odsiřování spalin.
7,8,9 Zástupci jednoho členského státu navrhli, aby byla s vyuţitím BAT spojena horní
hladina rozmezí emisí ve výši 600 mg/Nm3
11,12,1
3
horní hladina 400 mg/Nm3
1-6
Jejich racionálním zdůvodněním je, ţe tyto hladiny jsou v souladu s emisními
limity členských států. Pokud se týká nových zařízení, má dotyčný členský stát plán
pro zařízení spalující uhlí, kde se předpokládá hladina emisí 200 mg/Nm3.
Jeden představitel průmyslu uvedl, ţe provozovatelé malých LCP zařízení
spalujících uhlí přivítají moţnost splnit emise SO2 prostřednictvím nízkosirnatého
paliva. Ale tato moţnost volby není bez obchodních i provozních problémů, které
budou mít a pokud to má být dokonce vůbec moţnost volby, musí se emisní limit
pro SO2 stanovit minimálně na hodnotu 1000 mg/Nm3
4.5.9 Emise NOx
Obecně se za BAT pro sniţování emisí oxidů dusíku (NOx) ze spalovacích zařízení na černé a
hnědé uhlí povaţuje pouţití kombinace primárních a/nebo sekundárních opatření.
Sloučeninami dusíku, jichţ se to týká, jsou oxid dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2), které se
dohromady označují pojmem oxidy dusíku (NOx) a oxid dusný (N2O). Při rozlišení mezi
BAT je třeba se řídit technologií kotle, tj. jednak spalováním prachového uhlí, jednak
spalováním ve fluidním loţi za pouţití černého nebo hnědého uhlí jako paliva.
U spalovacího zařízení na práškové uhlí se pro sniţování emisí NOx povaţuje za BAT vyuţití
primárních opatření v kombinaci s opatřeními sekundárními jako je selektivní katalytická
redukce, kde účinnost odloučení systému SCR dosahuje mezi 80 – 95 %.
K regeneraci pouţitých katalyzátorů existují různé dnes dostupné procesy, které výrazně
prodluţují dobu ţivotnosti katalyzátorů a tudíţ sniţují provozní náklady. Ekonomická
303
realizovatelnost uplatnění systému SCR u stávajícího kotle je především otázkou očekávané
zbytkové ţivotnosti zařízení, které nelze vţdy určit na základě stáří zařízení. Vyuţití SCR má
nevýhody v úniku emisí čpavku ( tj. strhávání nezreagovaného čpavku). Se zřetelem ke
koncentraci čpavku při pouţití SCR je hladina spojená s BAT méně neţ 5 mg NH3/Nm3. Tato
hodnota také zabraňuje problémům budoucího vyuţití popílku a zápachu spalin v okolním
prostoru.
Kombinované techniky ke sníţení NOx a SO2 popsané v části 3.5, jako je proces aktivního
uhlí a metoda DESONOX jsou součástí závěrečných ujednání o BAT, ale jejich výhody,
nevýhody a pouţitelnost se musí ověřit na místní úrovni.
Pro spalovací zařízení na práškové hnědé uhlí se za BAT povaţuje kombinace různých
primárních opatření. To znamená, například vyuţití moderních nízkoemisních hořáků
v kombinaci s dalšími primárními opatřeními jako je recirkulace spalin, odstupňované
spalování ( postupné přídavky vzduchu), dospalování atd.. Na techniky SCR se pohlíţí jako
na součást BAT ke sníţení emisí NOx, ale u zařízení spalujících hnědé uhlí s poměrně
nízkými emisemi NOx se na rozdíl od zařízení, která spalují černé uhlí (nebo antracit) nemůţe
SCR v obecném smyslu povaţovat za BAT.
Při uplatnění moderních nízkoemisních hořáků u stávajících kotlů je třeba poznamenat, ţe u
starších zařízení je obvykle topeniště co moţná nejmenší (projektované pro vysoce intenzivní
spalování). Proto se teplota v topeništi můţe sníţit pouze v omezené míře. Kromě toho se
hloubka topeniště můţe pouze mírně přizpůsobit delším plamenům, neţ pro jaké se původně
vyprojektovalo. U starších topenišť se povaţuje za BAT pouţití moderních vířivých hořáků,
jejichţ délka plamenů není o mnoho větší neţ u původních hořáků.
Výška topeniště u starých kotlů je obvykle malá a můţe bránit překlenutí přehřátým
vzduchem (OFA). Dokonce i pokud je pro přehřátý vzduch komora, nemusí být doba zdrţení
spalných plynů v horní části topeniště pro dokonalé spálení dostatečně dlouhá. V kotlích,
které se postavily v pozdějších letech, kdy uţ se vědělo o tvorbě NOx více, byla topeniště
obvykle větší a mohlo se tak dosáhnout niţších úrovní NOx. Nejlepší výsledky se získají,
kdyţ se zabuduje spalování o nízkých NOx do projektu kotle, tj. nových zařízení.
U malých zařízení bez velkého kolísání zatíţení a se stabilní jakostí paliva lze předpokládat,
ţe budou přídavným opatřením k dalšímu sniţování emisí NOx techniky selektivní
nekatalytické redukce.
Vyuţití primárních opatření, buď u černého nebo hnědého uhlí směřuje k nedokonalému
spalování, coţ bude znamenat vyšší podíl nespáleného uhlíku (neodopalu) v popílku a určité
emise oxidu uhelnatého. U dobrého projektu a regulace spalování je moţné se těmto
negativním dopadům většinou vyhnout. Mnoţství nespáleného uhlíku v popelu kolísá podle
druhu paliva a je běţně o něco vyšší neţ bez primárních opatření. U většiny z vyuţívaných
moţností volby BAT pro odlučování popílku, je hladina nespáleného uhlíku v popelu pod 5
%. Podílů nespáleného uhlíku pod 5 % lze obvykle dosáhnout, ale u některých druhů uhlí
pouze za cenu poněkud vyšších emisí NOx.
304
Primární opatření ke sníţení NOx mají také dopad na celkovou energetickou účinnost
procesu. Pokud není spalování dokonalé, zůstává energetická účinnost niţší. Běţný nárůst
mnoţství nespáleného uhlíku vlivem spalování s niţšími emisemi NOx má negativní dopad
na účinnost jednotky a sniţuje ji asi o 0,1 – 0,3 %.
Při spalování černého a hnědého uhlí ve fluidním loţi se za BAT povaţuje odstupňování
přídavku vzduchu. V tomto případě se začíná spalovat za podstechiometrických podmínek
pyrolýzou ve stacionárním fluidním loţi nebo v typu vířícího loţe v niţší části loţe. Zbytek
spalovacího vzduchu se přidává později po etapách aţ do konečného dosaţení
nadstechiometrických podmínek a dokonalého spálení. V cirkulujících fluidních loţích
zajišťuje cirkulující materiál loţe stejnoměrné rozprostření teploty, tak, ţe se teplota topeniště
obvykle udrţuje pod 900 oC, coţ do značné míry zabraňuje tvorbě tepelných NOx. Na druhou
stranu podporují nízké teploty tvorbu N2O a zvyšují mnoţství nespáleného uhlíku. Moţnost
volby spalování ve fluidním loţi je proto balancování na hraně mezi částečně konfliktními
poţadavky na sníţení NOx, N2O a SO2 a sníţení nespálených uhlovodíků, CO a spodia.
Ve volném prostoru vířícího loţe, nad samotným loţem můţe spalování pyrolyzních plynů
vyvolat teploty, které přesahují 1200 oC a podnítit tak tvorbu tepelných NOx. Obecným
pravidlem je, ţe se můţe tvorba NOx v náleţitě projektovaném fluidním loţi udrţovat pod
úrovní tvorby NOx dosaţenou nízkoemisními hořáky.
Závěrečný výrok o BAT pro prevenci a sníţení emisí NOx a souvisejícími hladinami emisí
jsou souhrnně uvedeny v tab. 4.69. Hladiny emisí vztahující se k BAT jsou zaloţeny na
denním průměru, standardních podmínkách a 6 % obsahu kyslíku a představují obvyklý stav
zatíţení. Při špičkovém zatíţení, najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních
problémech systémů čištění spalin se musí zohlednit i krátkodobé špičkové hodnoty, které
mohou být i vyšší.
305
Tab. 4.69: BAT pro prevenci a sniţování NOx ze spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí.
výkon
(MWt)
technika
spalování
hladina emisí NOx
spojená s BAT
(mg/Nm3)
palivo moţnosti volby
BAT pro dosaţení
těchto hladin
pouţitelnost monitoring
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100
GF
200-300
200-3001 černé a
hnědé
uhlí
primární opatření a
nebo SNCR
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
PC
90-3002
90-3003
černé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky
atd.); SNCR či SCR
jako přídav. opatření
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
BFBC, CFBC
a PFBC
200-300
200-300
černé a
hnědé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva)
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
100-300
PC
904 -200
90-2005
černé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky,
dospalování atd);
v kombinaci s SCR
nebo kombinované
techniky
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
PC
100-200
100-2006
hnědé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky,
dospalování atd);
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
BFBC, CFBC
a PFBC
100-200
100-2007
černé a
hnědé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva),
příp. spol. s SNCR
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
>300
PC
90-150
90-2008
černé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky
dospalování atd);
v kombi s SCR nebo
kombi. techniky
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
PC
50-2009
50-20010
hnědé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky,
dospalování atd.)
nová i
stávající
zařízení
kontinuální
BFBC, CFBC
a PFBC
50-150
50-20011
černé a
hnědé
uhlí
kombinace Pm
(např.odstupňování
vzduchu a paliva)
nová i
stávající
zařízení
Kontinuální
Vysvětlivky: GF=spalování na roštu ; PC=spalování práškového paliva; Pm= primární opatření;
BFBC= fluidní spalování ve stacionárním loţi; CFBC=fluidní spalování v cirkulujícím loţi; PFBC= tlakové
fluidní spalování
SNCR= selektivní nekatalytická redukce; SCR= selektivní katalytická redukce;
Pouţití antracitového černého uhlí vede k vyšším emisím NOx kvůli vysokým teplotám spalování.
306
Vysvětlivky k tabulce 4.69
2, 6
3
4
5, 7
9
5 – 7
8, 10, 11
8, 10, 11
1, 3
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu navrhli, aby byly úrovně emisí
následující:
horní úroveň 450 mg/Nm3
horní úroveň 500 mg/Nm3
spodní úroveň 100 mg/Nm3
horní úroveň 300 mg/Nm3
rozmezí 100 – 450 mg/Nm3
Zástupci průmyslu konstatují, ţe jimi navrhované číselné hodnoty lépe zohledňují
problémy, ţe uplatňování primárních opatření je omezeno geometrií kotle a
uspořádáním (omezení výškou nemusí umoţňovat modernizaci s vybavením pro
odstupňované dávkování vzduchu a paliva). Zástupci jednoho členského státu
dodávali, ţe u stávajících zařízení spalujících nízkojakostní hnědé uhlí jsou vytvořené
emise NOx docela nízké vlivem techniky spalování spočívající v primárních
opatřeních ke sniţování NOx (recirkulaci spalin, odstupňovaném dávkování vzduchu
a paliva atd.) Další modifikace ke zlepšení jiţ zabudovaných primárních opatření jsou
omezeny geometrií kotle a uspořádáním a nejsou nákladově účinná.
Další zástupce členského státu navrhoval, aby bylo rozmezí emisí u stávajících
zařízení následující:
100 - 300 mg/Nm3
spodní hranice rozmezí 100 mg/Nm3
Racionální je, ţe tyto hladiny jsou v souladu s emisními limity členských států. Co se
týká nových zařízení, má dotyčný členský stát plán pro zařízení spalující černé uhlí,
kde se předpokládá dosáhnout emisní hladiny 150 mg/Nm3
Zástupce dalšího členského státu konstatoval, ţe vyuţili různé nástroje, aby splnili
přísnou cílovou hodnotu 150 mg/Nm3. Bylo to moţné nákladově účinným způsobem
obchodováním s emisemi NOx. Zástupci členských států objasnili, ţe k tomu, aby se
státy mohly maximálně přizpůsobit systému obchodování s emisemi NOx, musela by
být u nejstarších spalovacích zařízení nejvyšší hladina v rozmezí emisí (při spojení
s pouţitou BAT) prakticky moţná a navrhly pro stávající zařízení nad 300 MW
rozmezí 100 – 650 mg/Nm3
Další představitel průmyslu navrhl, aby pro zařízení v rozmezí výkonů 50 – 100 MW
byla horní hladina emisí 400 mg/Nm3
4.5.10 Oxid uhelnatý (CO)
BAT pro minimalizaci emisí CO je dokonalé spalování, které je spojeno s dobrým projektem
topeniště, vyuţitím vysoce výkonné techniky monitorování a regulace a s údrţbou systému
spalování. Kvůli negativnímu dopadu sniţování NOx na CO bude systém při spalování
práškových paliv se správnou optimalizací ke sniţování emisí NOx udrţovat nízké hladiny
CO (pod 30 – 50 mg/Nm3) a pod 100 mg/Nm
3 v případě spalování ve fluidním loţi. U
spalovacích zařízení vytápěných hnědým uhlím, kde se povaţují za BAT hlavně primární
opatření ke sníţení NOx, mohou být hladiny CO i vyšší (100 – 200 mg/Nm3).
307
4.5.11 Fluorovodík (HF) a chlorovodík (HCl)
U spalovacích zařízení se za BAT ke sníţení SO2 povaţují mokré vypírací technologie
(zejména u zařízení s kapacitou nad 100 MWtep. ) a rozprašovací sušárny. Tyto techniky také
poskytují vysoký stupeň odloučení HF a HCl (98 – 99 %). Při pouţití mokré pračky nebo
rozprašovací sušárny je odpovídající hladina emisí HCl 1 – 10 mg/Nm3
a emisí HF 1–5
mg/Nm3. Pokud se neuplatňuje odsiřování spalin, například přidává-li se do fluidního kotle
suché vápno, mohou být emise HCl i HF vyšší.
Při naměření zvýšených hodnot HF nebo HCl v komíně můţe problém souviset s úniky
spalného plynu vinutím výměníku tepla na bázi plyn-plyn. V tomto případě jdou potom
surové spaliny přímo do komína bez sníţení obsahu SO2, HF a HCl. Proto se povaţuje
moderní typ výměníku tepla na bázi plyn-plyn za součást závěrečných ujednání o BAT.
Ale kvůli provozním i ekonomickým důvodům je třeba uvaţovat o nahrazení nebo výměně
kdykoliv to výměník tepla vyţaduje. Nový výměník tepla na bázi plyn-plyn můţe být
kombinací jímače tepla ( multitrubkový jímač tepla) a ohříváku, nebo se vyuţije tepelného
potrubí. Nejlepší moţností volby, pokud je to moţné, je v tomto případě vypouštění plynu
přes chladící věţ. V tomto případě není nutné ţádné přihřívání spalin a proto není třeba ani
ţádného výměníku tepla na bázi plyn-plyn. Další moţností volby je vyuţití vysoce kvalitního
odlučovače kapek a vypouštění spalin komínovým potrubím odolným vůči kyselinám,
přičemţ není nutné ţádné přihřívání spalin a proto ani ţádného výměníku tepla.
Protoţe se při spalování prachového uhlí pohlíţí na injektáţ vápence do fluidního kotle
s cirkulujícím loţem namísto mokré odsiřovací metody jako na BAT ke sniţování SO2, je
hladina HCl u BAT mezi 15 – 30 mg/Nm3.
4.5.12 Čpavek (NH3)
Nevýhodou systémů SNCR a SCR jsou emise nezreagovaného čpavku do ovzduší (strhávání
nezreagovaného čpavku). Za koncentraci čpavku spojenou s BAT se povaţuje hodnota pod 5
mg NH3/Nm3, coţ nezabraňuje vyuţití popílku a je prevencí proti zápachu spalin v okolním
prostoru. Únik čpavku je často limitujícím faktorem při vyuţití techniky selektivní
nekatalytické redukce. Aby se zabránilo u techniky SNCR strhávání čpavku, můţe se do
prostoru ekonomizéru (ohříváku napájecí vody) kotle zabudovat nízká vrstva katalyzátoru
SCR. Protoţe tento katalyzátor sniţuje únik čpavku, sniţuje také odpovídající mnoţství NOx.
4.5.13 Znečištění vody
Při provozu spalovacích zařízení na černé a hnědé uhlí se tvoří různé proudy odpadní vody
(viz kapitola 1) Veškerá opatření, která byla uvedena v části 3.10 se povaţují za BAT ke
sniţování emisí do vody a prevenci před její kontaminací a jsou v souhrnu v následující
tabulce:
308
Tab. 4.70: BAT pro úpravu odpadní vody
technika hlavní přínos pro
ţivotní prostředí
pouţitelnost
nová
zařízení
rekonstruovaná
zařízení
Mokré odsiřování spalin
Úprava vody flokulací, sedimentací,
filtrací, iontoměniči (ionexy) a
neutralizací
odstranění fluoridů,
těžkých kovů, CHSK a
tuhých částic
BAT
BAT
Sníţení čpavku rozráţením
vzduchem, sráţením nebo
biochemickým odbouráváním
sníţení obsahu čpavku BAT pouze tehdy, pokud je
obsah čpavku v odpadní vodě
vysoký v důsledku procesu
SCR nebo SNCR pouţitého
před odsířením spalin
Provoz s uzavřeným okruhem omezené vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Mísení odpadní vody s uhelným
popelem
anulace vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Plavení a přeprava škváry
Vodní okruh uzavřený filtrací nebo
sedimentací
omezené vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Regenerace demineralizátorů a kondenzačního zařízení
neutralizace a sedimentace omezené vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Vypírání
Neutralizace BAT pouze při provozu s
alkáliemi
Vymývání kotlů, ohříváků vzduchu a odlučovačů
Neutralizace a provoz s uzavřeným
okruhem, nebo náhrada suchými
metodami čištění
omezené vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Splachování povrchu
Sedimentace nebo chemická úprava
a opětné vyuţití ve stanici
omezené vypouštění
odpadní vody
BAT BAT
Jak jiţ bylo uvedeno v části 4.5.2, povaţuje se u skladování černého a hnědého uhlí za BAT
izolace povrchu skladů s odvodňováním a záchytem drenáţní vody. Jakékoli splaškové vody
proudící přes povrch (dešťová voda) skladovacích prostor, které odplavují částice paliva, se
zachycují a upravují se (sedimentací) ještě předtím, neţ se vypustí. Hladiny emisí spojené
s BAT pro vypouštěnou vodu se stanoví na méně neţ 30 mg/l.
Malým mnoţstvím oleje, která kontaminují v elektrárně příleţitostně vodu se nemůţe předejít.
Jímky pro rozráţení oleje jsou obecně dostatečné k tomu, aby zabránily jakémukoliv
poškození ţivotního prostředí.
309
Závěry BAT pro odsiřování mokrou cestou souvisejí s úpravnou odpadní vody. Úpravna
odpadní vody obsahuje různé chemické úpravy k odstranění těţkých kovů a ke sníţení
mnoţství pevných látek z přiváděné vody. Úpravna zahrnuje nastavení pH, vysráţení těţkých
kovů a odstranění tuhých hmotných částic a jejich vysráţení z odpadní vody. U moderní
technologie se monitorují následující ukazatele ( ale ne všechny sloţky je třeba monitorovat
kontinuálně): pH, vodivost, teplota, obsah pevných (suspendovaných) látek, obsah chloru,
koncentrace těţkých kovů (jedná se o As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, V, Zn), koncentrace fluoru
a chemická spotřeba kyslíku (CHSK). Odpadní voda z odsiřování spalin po úpravě filtrací a
neutralizací vykazuje ještě CHSK, kterou je třeba dále upravit.
Kvalita odpadní vody za úpravnou značně kolísá v závislosti na jakosti paliva, pouţitém
procesu odsiřování a na výpusti odpadní vody. Hladiny emisí spojené s vyuţitím BAT pro
úpravnu odpadní vody jsou shrnuty v tab. 4.71.
Tab. 4.71: Koncentrace znečišťujících látek související s vyuţitím BAT pro úpravnu odpadní
vody z odsiřování spalin zjištěné z representativního slitého vzorku za 24 hodin
Emise do vody z úpravny odpadní vody z mokrého odsiřování spalin
(mg/l)
pevné částice 50 – 30
CHSK < 150
sloučeniny dusíku < 50
sírany 1000- 2000
siřičitany 0,5 – 20
sirníky < 0,2
fluoridy 1 – 30
Cd < 0,05
Cr < 0,5
Cu < 0,5
Hg 0,01 – 0,02
Ni < 0,5
Pb < 0,1
Zn < 1
Ostatní techniky pro úpravu odpadní vody popsané v kapitole 3 se mohou také obecně
povaţovat u tohoto odvětví za BAT.
4.5.14 Odpadní zbytky ze spalování
Jak jiţ bylo uvedeno v části 4.3.6, věnoval jiţ průmysl zuţitkování odpadů ze spalování a
vedlejších produktů hodně pozornosti, namísto, aby je ukládal na skládky. Zuţitkování a
opětné vyuţívání je proto nejvhodnější moţností volby a stalo se prioritou. Velké mnoţství
různých moţností volby k opětnému vyuţívání odpadů a vedlejších produktů ze spalovacích
zařízení vytápěných černým a hnědým uhlím uvádí tabulka 4.3.
Existují desítky různých moţností zuţitkování různých vedlejších produktů. Kaţdá z různých
moţností volby zuţitkování má svá vlastní specifická kritéria na kvalitu popela. V tomto
referenčním dokumentu o BAT není moţné veškerá tato kritéria obsáhnout. Kritéria kvality se
obvykle spojují s vlastnostmi daného sloţení popela a s obsahem jakýchkoliv škodlivých
substancí, jako je mnoţství nespáleného uhlíku v popelu, rozpustnost těţkých kovů atd.
310
Konečným produktem mokré vypírací technologie je sádrovec, coţ je pro závod obchodní
artikl. Lze jej prodat a vyuţít namísto přírodní sádrovce. Kaly z odsiřování se mohou
v povolených mezích zařadit mezi vedlejší produkty procesu odsiřování (sádrovec).
Prakticky většina sádrovce, který se u elektrárny vytvoří je vyuţitelná v průmyslu
sádrokartonových desek. Čistotu sádrovce vymezuje mnoţství vápence, který se můţe do
procesu zavést.
Konečný produkt polosuché metody odsiřování se vyuţívá k různým stavebním účelům
namísto přírodního kameniva např. při stavbě silnic, při zemní práci, do vodotěsných staveb
při vytváření kompostů a úloţišť, při zaplňování důlních jam a při hloubení přehrad.
4.6 Techniky ve vývoji pro spalování černého a hnědého uhlí
4.6.1 Pilotní zařízení pro předsušení hnědého uhlí teplem o nízké teplotě
Očekává se, ţe technologie předsušení hnědého uhlí povede ke zvýšení účinnosti zařízení
spalujícího hnědé uhlí o 4 – 5 %. Záměrem techniky je vysušit hnědé uhlí, které přichází
mokré přímo z povrchových dolů nízkoteplotním teplem v rozmezí 120 – 150 oC namísto
horkých spalin o 1000 oC. Kromě toho je účelem, aby se energie potřebná pro odpaření vody
obsaţené v hnědém uhlí získala zpět kondenzací páry. Za tímto účelem jsou k dispozici dva
různé postupy:
Prvním, který je v současné době ve stádiu vývoje, je mechanicko-tepelné odvodnění. Pilotní
zařízení pro tento pochod produkuje 12 t suchého hnědého uhlí /hod s obsahem vody přibliţně
22 %. Hnědé uhlí se ohřívá a lisuje se při 60 barech a 200 oC, aby se odloučila voda. Nakonec
se rozkouskované hnědé uhlí opět zahřeje.
Druhý proces k sušení hnědého uhlí je jiţ v pozdějším stádiu vývoje. Zahrnuje sušení hnědého
uhlí v aparatuře s fluidním loţem při interním vyuţití odpadního tepla. Rozptýlená pára se
oddělí od částic hnědého uhlí ze sušičky v elektrostatickém odlučovači. Později se opět zhutní
pomocí kompresoru, který pracuje na principu otevřeného tepelného čerpadla a nakonec se
nechá kondenzovat uvnitř potrubního vinutí, kterého se pouţívá jako ohřívacího povrchu
v sušičce. Kondenzační teplo se tím přenáší do fluidního loţe a tam vysušuje hnědé uhlí. Část
odprášené páry se pouţije ke zkapalnění hnědého uhlí a vstupuje do aparatury pomocí
ventilátoru. Pilotní zařízení této technologie produkuje 90 t suchého hnědého uhlí za hodinu s
12 % obsahem vody. Oba procesy jsou znázorněny na následujícím obrázku.
Obr. 4.50: Pilotní zařízení k sušení hnědého uhlí / 137, Elsen a kolektiv, 2001/
311
4.6.2 Současně prováděné sniţování SOx, NOx a rtuti
Systém úpravy spalin zachycuje při spalování fosilních paliv současně oxidy síry, dusíku a
těţké kovy jako je rtuť. Tento systém je dospalovacím systémem ke sniţování emisí s vyššími
podíly odstranění většího počtu znečišťujících látek, přičemţ produkuje prodejné vedlejší
produkty. V USA slouţí jako demonstrační proces /189, Caldwell, 2001/.
Popis procesu: Systém je oxidačním pochodem v plynné fázi a současně zachycuje aţ 99 %
oxidů dusíku a síry, stejně jako základní páry a těţké kovy (100 % rtuti). V laboratorním
měřítku se prokázaly podíly zachycení aţ 99 % SOx a 98 % NOx v širokém rozmezí teplot
spalných plynů. Náklady na postavení a technické vybavení pro plně vytíţené 500 MW
zařízení elektrárny se odhadují na 30 – 50 % investičních nákladů a 1/6 provozních nákladů
na vápencovou metodu se selektivní katalytickou redukcí. Hlavní uplatnění je tam, kde se
k výrobě elektrické energie spalují fosilní paliva jako je uhlí a zemní plyn. Další pouţití lze
nalézt ve slévárnách, městských spalovnách a v průmyslových kotlích.
Výhody systému:
vysoký podíl současného zachycení SOx a NOx dosahuje aţ 99 %
zachytí se těţké kovy jako je rtuť a ostatní typy kovů
získají se prodejné vedlejší produkty
nevyuţívá se vápence ani vápna
nepřispívá se k emisím CO2
nevyuţívá se katalyzátorů a tím nedochází k tvorbě nebezpečného odpadu
reakční činidlo se dá recyklovat
prokázalo se vyuţití technologie vedlejších produktů
můţe se jím dovybavit většina zařízení
znamená niţší projektované investiční i provozní náklady neţ mají konvenční technologie
312
5 Techniky pro spalování biomasy a rašeliny
5.1 Pouţité postupy a techniky
5.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s biomasou a rašelinou
Přístup k přepravě, vykládání, skladování a manipulaci s biomasou a rašelinou se z několika
důvodů odlišuje od stejných procesů, které se týkají uhlí. Rašelina je zvláště reaktivní a můţe
se sama vznítit nebo se rozloţit, pokud je ve skladu uloţena po dlouhou dobu. Obvykle se
rašelina ve skutečnosti skladuje u elektrárny pouze pro několikadenní potřebu. Rašelina
skladovaná na haldách naproti tomu vydrţí po mnoho let v prostoru výroby.
5.1.1.1 Přeprava a manipulace s biomasou a rašelinou
Rašelina a palivové dříví se přepravuje na tahačích s návěsem, na trajlerech, ţeleznicí nebo na
kratší vzdálenosti pomocí traktorů s vlekem. Rašelina má mnohé charakteristiky, které kladou
zvláštní poţadavky na vybavení pro manipulaci a přepravu. To znamená:
poměrně nízkou výhřevnost
nízkou hustotu
tendenci k zamrzání (vlivem vysokého obsahu vody)
riziko spontánního hoření
uváznutí na stěnách
sklon tvořit prach
často značnou kontaminaci dřevem a kamením
Dopad přepravy rašeliny závisí na způsobu dopravy a vzdálenosti. Minimální dopad na ţivotní
prostředí pochází z přepravy po ţeleznici, vzniká pouze jen něco hluku. Doprava po silnici
působí hluk a dochází k emisím z vozidel. Prováděné analýzy ţivotního cyklu však ukazují, ţe
emise z těţby a přepravy rašeliny mají ve srovnání s emisemi ze spalování minimální
význam.
V příjmové stanici paliva pro elektrárnu se rašelina obvykle vykládá na třidiče, kde se buď
mísí s jinými druhy paliv jako je biomasa nebo se přímo zaváţí do kotelní haly. Jakékoliv
velké kameny nebo kusy dřeva se z rašeliny musí vytřídit. Po vyloţení u elektrárny prochází
rašelina a dřevo přes třidiče a drtiče na sloţiště. Vytříděné dřevo se můţe přidat zpět do paliva,
které se má drtit. Běţný systém manipulace s palivem (spoluspalování rašeliny, dřeva a uhlí)
se uvádí na obr. 5.1.
313
Obr. 5.1: Systém manipulace s rašelinou, dřevem a uhlím /58, Eurelectric, 2001/
Kdyţ se skladuje jemná prašná biomasa, jsou nutné uzavřené zásobníky a skladovací prostory
se zařízením k odprašování. Třísky a kůra se ukládají při delším skladování na otevřených
hromadách zastřešeného úloţiště pro vytříděné a rozdrcené palivo pro denní potřebu.
Palivo se běţně dopravuje z hromad/ zásobníků do kotle za pouţití pásových dopravníků.
Prach, který při vykládání a manipulaci s rašelinou vzniká, můţe škodit v místě prostoru
závodu. Ke sníţení dopadů jakéhokoliv prašného materiálu lze pouţít uzavřené dopravníky.
Hlavní nebezpečí u elektráren spalujících rašelinu spočívá v riziku ohně a exploze. Suchá
rašelina se velmi snadno vznítí dokonce ještě předtím, neţ se dostane do kotle a to i na
dopravnících rašeliny nebo dokonce na návěsech tahačů, dopravujících rašelinu. Proto je
hlavním pravidlem bezpečnosti, ţe obsah vlhkosti v rašelině musí být během transportu do
závodu alespoň 40 %. To vylučuje vznik fugitivního prachu z paliva a sniţuje moţnost
rychlého rozšíření ohně v případech samovznícení.
5.1.1.2 Přeprava a manipulace slámy
Přístup k přepravě, vykládání a skladování slámy se liší od stejných pochodů s uhlím,
biomasou a rašelinou. Manipulace se slámou pro velké CHP (kogenerace tepla a elektřiny)
závody se většinou zakládá výhradně na balících, z nichţ kaţdý váţí přibliţně 400–700 kg.
314
Tahače, které se pouţívají k přepravě z polí nebo skladišť farem, převáţejí do závodu 20
nebo 24 balíků. Návěsy se vykládají speciálními visutými jeřáby a zároveň se provádí kontrola
jakosti (váhy a vlhkosti) slámy. Údaje z kontroly jakosti se ukládají do centrálního počítače
logistických informací. Dávky slámy (10 nebo 12 balíků na jednu dávku) se ukládají na
prázdné místo v prostoru skladiště slámy nebo se dopravují přímo do zařízení ke zpracování.
Sklad je většinou plně automatizovaný a projektovaný tak, aby zásoboval kotel při plném
vytíţení jeho kapacity po dobu 2 – 3 dnů.
5.1.2 Předběţná úprava biomasy a rašeliny
Obsah vlhkosti rašeliny a palivového dřeva je vysoký. Vysoušení biomasy a rašeliny se můţe
bezpečně provádět při spojení se systémem přísunu paliva tak, ţe ţádného skladu pro
vysušené palivo není zapotřebí. Parní sušárny jsou bezpečné a mají na ţivotní prostředí malý
dopad. Jsou výhodné, kdyţ jsou spojeny s parním cyklem, zejména při kombinované výrobě
tepla a elektřiny (CHP), kde lze veškerou energii pro sušení získat v podobě tepla. Navzdory
přínosům účinnosti se však systémy regeneračního sušení paliva zřídka kdy prokázaly jako
ekonomicky atraktivní.
Další pouţívaná metoda je zaloţena na sušení spalinami, které se následně odvádějí do
komína. Problémem však je moţná tvorba organických emisí, jako je parafín a aromatické
sloučeniny. Ty mohou vytvářet problémy, protoţe parafín zaslepuje kouřovody a tvoří
potenciální riziko ohně v elektrostatickém odlučovači a aromatické sloučeniny zapáchají a
mohou být na obtíţ místnímu obyvatelstvu.
V některých případech se k odstranění vlhkosti z kůry a dosaţení vyšší účinnosti zařízení
pouţívá lisů. Kdyţ se však lis náleţitě neudrţuje a neprovozuje, sníţí se vlhkost pod 50 %
nebo podobně a potom náklady na tuto úpravárenskou techniku /vysoká BSK (biochemická
spotřeba kyslíku) ve vypouštěné vodě a vysoká spotřeba energie a údrţba/ vyrovnávají zisky
na účinnosti spalování, které lze z předběţné úpravy očekávat.
Z prostoru skladů se balíky slámy přepravují pomocí jeřábu a plošinových dopravníků a ještě
před zavezením do topeniště kotle se drtí.
Výhodou je, kdyţ se sláma zdrţuje na poli asi měsíc nebo tak po ţních, protoţe dešťová voda
sniţuje mnoţství vodou rozpustných alkálií v popelu slámy. Tyto alkálie ruší podmínky
spalování, protoţe sniţují teplotu tavení popela, coţ potom zvyšuje riziko shlukování ve
fluidním loţi a zanesení kotle. Mnoţství přítomných vodou rozpustných alkálií značně
ovlivňuje rychlost koroze přehříváků. Déšť také recykluje vodou rozpustné alkálie zpět do
půdy, coţ je důleţité pro růst nové úrody. Nehledě na přirozené vysoušení slámy na polích,
nemá ţádné jiné sušení slámy příliš velký význam.
5.1.3 Speciální hlediska při spalování a zplyňování biomasy a rašeliny
5.1.3.1 Spalování na roštu
Spalování na roštu je nejstarším principem spalování, kterého se v kotlích pouţívá. Byl to
nejrozšířenější systém spalování v malých kotlích aţ do začátku 80.let, kdy začalo být více
populární spalování ve fluidním loţi a do značné míry nahradilo spalování na roštu. Dnes jsou
nové kotle na pevné palivo s příkonem paliva nad 5 MW většinou kotle fluidní.
315
Spalování na roštu je ale v některých zemích (např. ve Švédsku, Dánsku) u této kategorie
velikosti a při určitých specielních palivech (dřevných peletách, slámě, překliţkách a odpadu
dřevotřísky i odpadu z domácností) poněkud rozšířenější. Dnes se u velkých spalovacích
zařízení s příkonem paliva nad 50 MW pouţívají rošty a mechanické pohazovače jen
málokdy.
Proces spalování na roštu se nedá tak dobře regulovat jako hořáky na práškové palivo nebo
spalování ve fluidních loţích. Chemie spalování a teplota se mohou lišit dokonce u stejného
druhu částic paliva v závislosti na jejich umístění na roštu. Na roštu dojde především
k vysušení veškerých paliv, potom nastane pyrolýza a nakonec se na roštu spálí dřevěné uhlí
(spódium). Podíl pyrolýzy na energii paliva můţe být u biopaliv 80 %. Moderní regulace
spalování na roštu garantuje optimální spalování přídavků vzduchu a tudíţ i nízký obsah
nespálených sloţek ve výstupních plynech.
Běţný princip provozu při spalování uhlí na roštu se liší od spalování biopaliv. Pro spalování
biopaliva se obvykle pouţívají šikmé rošty. Ty mohou být pevné nebo s mechanickým
posunem. Pokud se pouţívají pohyblivé rošty, vkládá se na ně homogenní vrstva. Alternativně
se palivo také můţe přivádět na rošt pomocí tak zvaných mechanických pohazovačů
umístěných na stěně ohniště (systém s mechanickým pohazovačem a rozmetačem). Pohazovač
rozhazuje palivo na rošt proti směru pohybu roštu. Tedy největší částice se mohou spalovat
nejdéle, protoţe jsou rozhozeny na delší vzdálenost těsně na začátku pohyblivého roštu.
Obr.5.2: Spalování pevných paliv na roštu s mechanickým pohazovačem a rozmetačem
/79, Bell a Chiu, 2000/
316
5.1.3.2 Spalování slámy
Při spalování slámy spolu s uhlím je moţná řada technologií konverze, ale kdyţ se jako palivo
pouţije pouze sláma, je moţným řešením pouze technologie spalování na roštu. To je
způsobeno hlavně tendencí slámy tvořit strusku a spečence. Za určitých přijatých předpokladů,
kdy se vyuţije loţe ze speciálního materiálu nebo aditiv, se dá ke spalování slámy pouţít i
zařízení s fluidním loţem.
Obvykle se pouţívá vibračního, vodou chlazeného roštu a teplota páry se musí udrţovat asi
pod 500 oC, aby se udrţela koroze v rámci přijatelných mezí. Přehříváky se musí s ohledem
na tvorbu inkrustací vyprojektovat s dostatečně velkým povrchem. Nejteplejší přehříváky se
odfukováním sazí neočišťují, protoţe inkrustace na povrchu tvoří ochrannou vrstvu proti
korozi.
5.1.3.3 Spalování práškové rašeliny
V pozdních 70.letech se prokázalo, ţe spalování paliva ve formě prášku bude nejvyzrálejší ze
všech spalovacích technologií, protoţe to je standardní technologie pro spalování uhlí. Většina
velkých elektráren spalujících rašelinu se v 70. letech a v první polovině let 80. zakládala na
kotlích s práškovým spalováním. Spalování prášku reaktivních paliv jako je rašelina, se však
ukázalo jako problematické kvůli potíţím v systémech sušení. Jednou nevýhodou byla také
potřeba podpůrného paliva, protoţe tím docházelo ke změnám v jakosti paliva. Koncem 80. let
nastala potřeba sníţit emise, coţ situaci ještě zhoršilo.
Spalování paliva ve formě prášku se u dřevních odpadů pouţívalo zřídka. Zařízení jsou téměř
vţdy příliš malá nato, aby se mohlo práškové spalování uskutečnit /60, Alakangas, 1998/.
Několik závodů však stále drtí dřevné pelety a vyuţívá práškového spalování.
Sniţování síry v topeništi lze uskutečnit injektáţí vápence nebo dolomitu, ale metoda je velmi
neúčinná a neekonomická. Je dokonce moţné, ţe těmito adsorbenty se ještě zvyšuje koroze
chlorem. Princip je stejný jako u metody uţívané při spalování ve fluidním loţi, ale
limitujícími faktory jsou niţší hustota suspenze a spékací efekty způsobené vyšší teplotou
v topeništi, neţ je při spalování ve fluidním loţi.
5.1.3.4 Spalování ve fluidním loţi
Pro spalování ve fluidním loţi existují dva hlavní typy kotlů a sice pro spalování ve
stacionárním (bublinovém) fluidním loţi a pro fluidní spalování v cirkulujícím loţi. Spalování
ve fluidním loţi se uplatňuje hlavně v průmyslu, kde se spalují různá pevná paliva, jako je
černé a hnědé uhlí, rašelina a zejména biomasa. Ve Finsku se pro spalování biomasy a rašeliny
pouţívají všeobecně více rozšířené fluidní kotle se stacionárním loţem, zejména kotle menší
velikosti a v průmyslu tam, kde je důleţitá vysoká míra vyuţitelnosti. Kotle s cirkulující
fluidní vrstvou (technické označení je cirkofluidní kotle) jsou obvyklejší ve větších závodech,
kde je důleţitá schopnost vyhoření uhlí. Ve Švédsku jsou dnes cirkofluidní kotle
nejrozšířenějšími kotli.
Spalování ve stacionárním fluidním loţi je moderní technologií spalování, která je vhodná
zejména při spalování nehomogenních biopaliv. Spalování ve stacionárním fluidním loţi tvoří
0,5 – 1,5 m vysoká vrstva na desce, kde dochází k distribuci vířícího vzduchu.
317
Rychlost víření je asi 1 m/sek. Hustota provzdušňovaného loţe je asi 1000 kg/m3. Běţným
materiálem, který se do loţe pouţívá je písek, popel, palivo, dolomit, vápenec atd. Velikosti
částic v materiálu fluidní vrstvy je běţně mezi 0,5 – 1,5 mm, přičemţ jsou menší částice
unášeny proudem fluidního plynu a větší částice klesají na rozvodnou desku.
Spalování v cirkulujícím fluidním loţi se liší od spalování ve stacionárním fluidním loţi ve
dvou bodech. Materiál v loţi má velikost částic 0,1 – 0,6 mm a rychlost víření je větší 4 – 6
m/sek. Tyto změny ovlivňují podmínky fluidního procesu natolik, ţe část materiálu loţe je
vynášena z loţe ven a prochází ohništěm tak, ţe projde kotlem podruhé. Tyto částice
excitující z ohniště se odlučují z proudu spalin pomocí cyklonu nebo jinými metodami
odlučování jako jsou U-paprsky a vracejí se zpět do fluidního loţe. Odlučování se můţe
provádět na různé výškové úrovni a zčásti také na výstupu z kotle, kde lze také pouţít
elektrostatických odlučovačů a tkaninových filtrů.
V 80.letech převzala technologie fluidního spalování trh spalování rašeliny a dřeva od
práškového spalování a spalování na roštu tak, ţe nyní se technologie spalování ve fluidním
loţi pouţívá hlavně u nových zařízení. Tyto kotle mají obvykle příkon paliva méně neţ 200
MW a vyrábějí jak elektřinu tak teplo pro místní průmysl nebo systém centrálního zásobování
teplem. Kotle se spalováním rašeliny se také obvykle projektují ke spalování jiných
nízkovýhřevných paliv a někdy také uhlí. Těţký topný olej se pouţívá obvykle jako pomocné
náběhové palivo.
Kromě toho se rekonstruovalo mnoho nejstarších generátorů páry s hořáky na práškovou
rašelinu s přidruţenými sušárnami rašeliny pro vyuţití u kotlů s fluidním loţem.
Sniţování SO2 a NOx při spalování ve fluidním loţi
Kdyţ se spaluje palivo obsahující síru, vzniká oxid siřičitý a oxid sírový. V cirkulujícím
fluidním loţi se mohou oxidy síry zachytit při pouţití dolomitu nebo vápence do loţe. Dolomit
nebo vápenec v loţi kalcinují vlivem tepla a pálené vápno (CaO) potom reaguje s oxidy síry
za tvorby síranu vápenatého. U vysoce sirnatého uhlí lze uskutečnit pouze 90 % odsíření.
Teplota cirkulujícího loţe ve fluidním kotli (850 oC) je optimální pro rekuperaci kalcinované
síry.
Spalování ve stacionární fluidní vrstvě nastává hlavně ve volném prostoru a hustá suspenze
existuje pouze ve vířícím loţi. Tudíţ je účinnost odloučení síry ve stacionárním fluidním loţi
mnohem menší neţ v cirkulujícím fluidním loţi. Účinnost odsíření ve stacionárním fluidním
loţi je obvykle 30 – 40 %. K dosaţení vyšší účinnosti je třeba vyššího molárního poměru
Ca/S a to aţ 10.
K tvorbě tepelných NOx při spalování ve fluidním loţi vlivem nízké teploty spalování
nedochází. Spalování s nízkými emisemi NOx se rozšiřuje také v kotlích s fluidním loţem
pomocí odstupňovaného přídavku spalovacího vzduchu. Dávkování do kotlů je při spalování
v cirkulujícím fluidním loţi vţdy velmi výrazné, protoţe dochází ke slabému horizontálnímu
mísení plynů prostorem husté suspenze. Hustá suspenze potlačuje turbulenci a zóna spalování
těkavých sloţek paliva se od místa přívodu paliva rozšiřuje vzhůru.
Palivový dusík můţe také tvořit oxid dusný (N2O). Podíl palivového dusíku, který tvoří oxid
dusný se sniţuje na nevýznamnou hodnotu, pokud se teplota loţe zvýší nad 950 oC. Vysoká
teplota spalování můţe na druhé straně způsobit zvýšení emisí oxidů dusíku (NO a NO2).
318
V kotli se stacionárním fluidním loţem se lze riziku emisí oxidu dusného snadno vyhnout,
protoţe se teplota v zóně vznosu můţe udrţovat mnohem výše neţ na 950 oC.
Výrazné postupné dávkování spalovacího vzduchu lze zavést také u kotlů se stacionárním
fluidním loţem.Technologie nízkých NOx u kotlů se stacionární fluidní vrstvou se ještě stálé
vyvíjí a různé společnosti vyrábějící kotle dosahují různých podílů denitrifikace.
Obr.5.3: Kotel s cirkulujícím fluidním loţem /59, Finnish LCP WG, 2000/
5.1.3.5 Zplyňování biomasy
Zplyňování v kotli s cirkulujícím fluidním loţem za atmosférického tlaku (ACFBC) je proces,
při kterém se palivo mění částečnou oxidací na spalný plyn. K fluidnímu pochodu
v cirkulujícím loţi fluidního reaktoru kotle se pouţívá vzduchu, který slouţí za zvýšené
teploty zároveň i k oxidaci části paliva na plyn.
Proces zplyňování v cirkulujícím fluidním loţi kotle za atmosférického tlaku (obr. 5.4) se
skládá z reaktoru, kde se uskutečňuje proces zplyňování, cyklonu k oddělování materiálu loţe
z plynu a vratného potrubí pro návrat cirkulujícího materiálu do spodní části reaktoru. Za
cyklonem proudí horký vznikající plyn do předehříváku vzduchu, který je umístěn pod
cyklonem. Vzduch ke zplyňování, vháněný vysokotlakým ventilátorem vzduchu, se zavádí ke
dnu reaktoru přes rozvodnou mříţ, palivo se přivádí do niţší části zplyňovacího zařízení
v určité výšce nad rozvodem vzduchu.
Provozní teplota v reaktoru je obvykle 800 – 1000 ºC v závislosti na palivu a zařízení. Na
vstupu do reaktoru se částice rychle vysuší a dochází k prvnímu stupni reakce, tj, pyrolýze.
Během těchto reakcí se palivo přeměňuje na plyn, dřevné uhlí a dehet. Část dřevného uhlí
proudí ke dnu loţe a oxiduje se na CO a CO2 za uvolnění tepla. Poté, jak tyto uvedené
sloučeniny stoupají reaktorem, dochází k druhé etapě reakcí. Při těchto reakcích se tvoří
spalitelný plyn, který potom vstupuje do cyklonu a opouští zplyňovací zařízení společně
s přimíseným jemným prachem.
319
Obr. 5.4: Zplyňovací zařízení podle Fostera a Wheelera /192, TWG, 2003/
Většina pevných částic ze systému se zachytí v cyklonu a vrací se do niţší části zplyňovacího
reaktoru. Tyto pevné látky obsahují spódium, které se spálí se vzduchem fluidního procesu,
jenţ se zavádí tryskami roštu do fluidního loţe. Tento proces spalování vytváří teplo, které je
třeba k pyrolýze a následně většině endotermických reakcí. Materiál cirkulujícího loţe slouţí
jako nositel tepla a stabilizuje teplotu procesu. Hrubý popel se shromaţďuje ve zplyňovacím
zařízení a odstraňuje se z jeho dna.
Fluidní loţe jsou však velmi citlivá na nízkoteplotní tavení popela z biopaliva. Redukční
atmosféra uvnitř zplyňovacího zařízení dále sniţuje teplotu tavení popela. To omezuje teplotu
zplyňování shora. Odspodu je teplota zplyňování omezena z důvodu nedokonalého
zplyňování, tj. zvýšení dehtových sloučenin ve vzniklém plynu. Dehet je škodlivý pro pračky,
protoţe zde kondenzuje. Pokud se pouţije odstraňování vysokoteplotního prachu, můţe dehet
tvořit ve filtrech spečenec. Protoţe je teplotní rozmezí pro technický provoz zplyňování
biopaliva poměrně omezené, můţe to být oproti konvenční elektrárenské technologii velká
ekonomická nevýhoda investic do nových elektráren.
5.1.3.6 Kogenerace (CHP)
Elektrárny s kogenerační výrobou elektrické energie a tepla jsou ekonomicky realizovatelné
pro mnohem menší velikosti zařízení neţ jsou kondenzační elektrárny. Jsou také zvláště
vhodné pro spalování rašeliny a biomasy. U menšího zařízení se můţe palivo z rašeliny a
biomasy hromadit na menším prostoru, coţ napomáhá udrţet nízké náklady, malé dopady
přepravy paliva na ţivotní prostředí, obvykle hlavní nákladovou poloţku u rašeliny a biomasy.
320
Rašelina a biomasa se dnes hlavně vyuţívají ke kombinované výrobě tepla a elektřiny proto,
aby se dosáhlo vysoké míry vyuţití paliva. To bude pravděpodobně pokračovat. V roce 1998
se ve velkých spalovacích zařízeních ve Finsku vyuţilo okolo 75 % rašelinového paliva při
kogenerační výrobě; to odpovídá 85 % biomasy. V Irsku se však rašelina pouţívá pouze
k výrobě elektřiny.
5.1.3.7 Spoluspalování biomasy a fosilních paliv
Jedním z prvořadých záměrů bylo dosáhnout při spoluspalování biomasy například společně
s rašelinou nebo uhlím sníţení emisí SO2 a CO2. Vlivem záměny primárního fosilního paliva
klesají emise „fosilního CO2“, kdeţto CO2, který pochází z biomasy se povaţuje za neutrální
(emise CO2 ze spalování biomasy se opět stabilizují, kdyţ biomasa roste). Sníţení CO2 je
obvykle argumentem ve prospěch spoluspalování biomasy dokonce i kdyţ by třeba mohly
poněkud vzrůst emise do ovzduší z ostatních sloţek.
V mnohých případech je mnoţství biomasy, která je k dispozici v přiměřených nákladech
v jakékoliv určité lokalitě, příliš malé, aby byl ekonomicky realizovatelný chod elektrárny
zaloţený pouze na takovém palivu. Ekonomika vyuţívající takovýchto místně dostupných
paliv se můţe značně zlepšit, pokud lze ve stávající elektrárně spalovat zároveň i komerční
palivo. Existují však výrazná omezení pro paliva, která se mohou společně spalovat a to jak
technická, tak i s ohledem na ţivotní prostředí. Společné spalování biomasy se úspěšně
uplatňuje u mnohých finských elektráren s fluidními kotli, kde je hlavním palivem rašelina,
uhlí nebo dřevěný odpad z průmyslu buničiny a papíru.
Vyuţití rašeliny také podporuje vyuţití dřeva a umoţňuje i vyuţití draţších paliv. Vlivem
svých charakteristik se rašelina vyuţívá při spoluspalování se dřevem. Technicky by bylo
těţší vyuţít ve stávajících zařízeních pouze dřevné palivo kvůli problémům s korozí a s
tvorbou nánosů. Schopnost spalovat rašelinu také pojišťují nepřetrţité dodávky paliva do
oblastí, kde je dostupnost palivového dřeva z hlediska potřeby paliva nedostačující.
Jiný přístup se musí zaujmout, kdyţ se nemůţe z technických důvodů spalovat místní palivo
společně s hlavním komerčním palivem. V tomto případě se dotyčné spalovací zařízení
postaví pro místní palivo ve spojení s větší elektrárnou. V Dánsku se postavilo několik
samostatných spalovacích zařízení pro spalování slámy ve spojení s velkými spalovacími
závody na uhlí nebo plyn. Zplyňování biomasy a odpadních paliv se provádělo ve Finsku a
v elektrárně v Rakousku.
Proces spalování ve fluidním loţi (FBC) poskytuje výborné podmínky pro účinné spalování
široké palety různých paliv a s nízkými emisemi. Spoluspalování biomasy s uhlím je také
účinnou metodou ke sníţení emisí SO2.
Lze projektovat proces kotle s cirkulující fluidní vrstvou pro více paliv, tj. lze dosáhnout
plného výkonu se samotným uhelným palivem, při kombinovaném spalování, nebo se
samotnou biomasou. Při spoluspalování uhlí a biomasy, existují oddělené, nezávislé systémy
přívodu paliva s ohledem na manipulaci s různými druhy paliva. Také je nutné zajistit
flexibilní a hladký provoz při všech moţných kombinacích paliva.
321
Obr. 5.5: Průmyslový cirkofluidní kotel (technický název pro fluidní kotel s cirkulujícím
fluidním loţem) s cyklonem o více vstupech pouţitý při spoluspalování /103, Kvaerner
Pulping Oy, 2001/
Při pouţití fluidního stacionárního loţe (BFB) se sníţí rychlost fluidního pochodu a nedochází
k ţádnému vracení jemných částic prostřednictvím cyklonu. Metoda stacionárního fluidního
loţe je velmi vhodnou technikou při spalování biomasy.
Nízké teploty topeniště při postupném přidávání vzduchu znamenají, ţe se ve fluidním loţi
tvoří nízké emise NOx (typicky pod 200 mg/Nm3). K dalšímu sníţení NOx lze snadno
zabudovat injektáţ čpavku (systém selektivní nekatalytické redukce), kterou lze dosáhnout
pokles hladiny emisí na 100 mg/Nm3 nebo méně, při suchém plynu a 6 % O2. Emise SO2 se
sniţují injektáţí vápence do topeniště tam, kde jsou příznivé podmínky pro odsíření.
Spoluspalování biopaliva s uhlím dále sníţí emise SO2 i spotřebu vápence. Při spoluspalování
uhlí a biomasy jsou veškeré primární emise nízké a měrné emise CO2 se úměrně sniţují se
vstupem palivové biomasy..
322
Obr. 5.6: Vliv spoluspalování biomasy na emise SO2 (500 MWtep., 1,2 % S v uhlí)
/103, Kvaerner Pulping Oy, 2001/
Dále se uvádějí některé zkušenosti ze spoluspalování biomasy a dalších paliv, hlavně černého
a hnědého uhlí:
1. V Dánsku se v elektrárně spalovalo zároveň aţ 20 % dřeva u kotle s čelním vytápěním a
přirozenou cirkulací o výkonu 125 MWel.. Dřevo rozdrcené na prach se spálilo ve dvou
specielně upravených hořácích. Ţádné negativní účinky se nezaznamenaly a očekávalo se,
ţe bude moţné spoluspalovat vyšší procentuální mnoţství. Emise NOx poklesly o 35 %.
V Dánsku jsou nejdůleţitějšími biopalivy sláma a v menší míře i dřevo z energetických
plodin (vrby). Vysoký obsah chloridu draselného ve slámě je dobře známou příčinou
váţných problémů se struskováním a korozí.
2. V Dánsku se prováděly v elektrárně (150 MWel.) testy se slámou. Testovalo se aţ 25 %
společně spalovaného paliva v období od 4 týdnů do 4 měsíců. Hlavní závěry byly:
emise NOx a SO2 poklesly, emise HCl a prachu vzrostly
zaznamenalo se malé zvýšení koroze u přehříváku. Celkové trvání testů bylo příliš
krátké nato, aby se mohly vyhodnotit (odhadovalo se, ţe by se o 50 % prodlouţilo a
podíl spoluspalovaného paliva by byl 10 %)
kdyţ se spoluspaluje 10 % slámy, vzrůstá obsah alkálií v popílku, takţe překročí limit
pro pouţití do cementu. Na pouţití do betonu je tato hodnota při spoluspalování vyšší
o 20 %
vzorky katalyzátoru pro denitrifikaci, které byly vystaveny působení spalin vykazují
rychlé sníţení aktivity
323
3. V Německu se v elektrárně (280 MWel.) na hnědé uhlí spalují zároveň brikety z biomasy.
Kdyţ se spoluspaluje mnoţství do 10 % (hm.), nejsou ţádné problémy.
4. V Řecku se v elektrárně, kterou tvoří tři jednotky na hnědé uhlí o celkovém jmenovitém
výkonu 550 MW, spoluspalovalo po dobu 6 měsíců 7 % hm. lisovaných pecek z oliv.
Speciální charakteristiky lisovaných olivových pecek porovnávané se surovým hnědým
uhlím byly: jejich mnohem vyšší výhřevnost, značně niţší vlhkost a obsah popela a jejich
vyšší obsah těkavé hořlaviny. Pokud se týká sloţení popela, vyznačuje se mnohem vyšší
koncentrací oxidů alkalických kovů a niţším procentuelním mnoţstvím sloučenin křemíku
a hliníku, coţ působí sníţení teplot tavení.
Experimenty nevykázaly ţádné změny v parametrech provozu páry ( v hmotnostním toku,
teplotě a tlaku), struskování a obsahu nespáleného paliva v popelu. Vlivem značně niţšího
obsahu síry v lisovaných olivových peckách se sníţily emise SO2.
5. Při spoluspalování v kotlích na práškové černé uhlí v Nizozemí tvoří biomasa 3 % tepelné
báze. V některých zařízeních se biomasa drtí společně s uhlím. Odkazy k samostatnému
mletí a se zplyňováním odpadního dřeva jsou popsány v částech kapitoly 8.1.3. Moţnosti
pracovat s vyšším mnoţstvím se prověřují.
6. V USA se v elektrárně spolu s hlavním palivem spalovalo i dřevo. Dřevo se podrtilo
v samostatných mlýnech a přivedlo se do nejniţší řady hořáků. Aţ do 10 % spolu-
spalovaného materiálu nenastaly ţádné potíţe nehledě na vysoký obsah nespáleného
uhlíku ve spodním popelu (ve vyhrabaném spodním popelu byly viditelné doutnající
hromádky dřeva)
7. V další elektrárně v USA se spalovalo aţ 5 % dřeva s hlavním palivem. Dřevo bylo
rozdrceno společně s černým uhlím. To bylo limitujícím faktorem vzhledem k nedostatku
nadbytečné kapacity mlýna. Uvádí se, ţe vliv na provoz kotle a účinnost byl
zanedbatelný.
8. Při jedné příleţitosti se spalovalo 124 t dřeva ve 100 MWel. elektrárně v Georgii (USA).
Obsahem byla směs prachových pilin a stromových třísek. Procentuální spoluspalované
mnoţství bylo mezi 9,7 – 13,5 % běţně spalovaného uhlí. Aby se udrţela dobrá účinnost
kotle, dosáhlo se vyhoření při provozu s dostatečně vysokým přebytkem vzduchu (4,2 %
O2 v ekonomizéru). Jak se rozdělení tepla v kotli měnilo, klesala teplota přehříváku.
9. V 54 MWel. elektrárně (Georgia, USA) provedli krátký test se spoluspalováním aţ 40 %
(energetické báze) dřeva. Kotel byl jen trochu upraven. Při plném zatíţení se spolu-
spaloval také zemní plyn, aby se získal stabilní plamen (36 % dřeva, 17 % plynu a 47 %
uhlí). Účinnost kotle poklesla následkem obsahu vlhkosti ve dřevě a vlivem nespáleného
uhlíku v popelu.
324
5.1.4 Čištění spalin
5.1.4.1 Sniţování emisí ze spalování na roštu
Kdyţ se biomasa (např. dřevo, sláma, atd.) nebo rašelina spaluje v systémech spalování na
roštu, opouští většina popelu rošt a hromadí se jako spodní popel. Pouze malá mnoţství popelu
odcházejí z topeniště jako popílek a musí se zachycovat v zařízení na odlučování prachu.
5.1.4.1.1 Sniţování prachu
Při odlučování prachu ze zařízení se spalováním na roštu se v současné době pouţívá jak
elektrostatických odlučovačů, tak tkaninových filtrů, při čemţ se tkaninové filtry pouţívají
běţněji.
5.1.4.1.2 Sniţování emisí SO2
Odstraňování síry na roštu není moţné z důvodu minimální doby kontaktu mezi oxidy síry a
reaktivními alkáliemi přivedenými na rošt. Injektáţ vápence do topeniště je sice moţná, ale
není účinná. V menších elektrárnách se spalováním na roštu je při vyuţívání biomasy a
rašeliny obsah síry v palivu nízký nebo často nepříliš vysoký. Proto jsou emise často tak nízké,
ţe odsiřování není zapotřebí.
Při vyšším obsahu síry v rašelině se obvykle pouţívá procesů suché injektáţe. Nástřik
hydroxidu vápenatého v suché formě před tkaninovým filtrem můţe dosáhnout dosti vysokého
sníţení oxidu siřičitého. V topeništi je v některých případech také docela účinná injektáţ
vápence společně s absorpcí oxidem vápenatým (páleným vápnem). Tato opatření také
odstraňují další škodlivé emise, jako je HCl.
5.1.4.1.3 Nespálený uhlík v popelu (nedopal)
Vzhledem k obsahu nespáleného uhlíku v popelu při spalování na roštu je cílem dosáhnout co
nejlepšího moţného vyhoření tak, aby se získala optimální účinnost nebo zuţitkování paliva.
K vyššímu obsahu nespáleného uhlíku v popelu můţe dojít v souvislosti s technickými a
topnými charakteristikami ale i při spalování biomasy na roštu.
5.1.4.1.4 Sniţování emisí NOx
Nízké teploty spalování u roštových systémů jsou výhodné pro potlačení emisí NOx.
Katalyzátor pro selektivní katalytickou redukci se však rychle, obvykle asi pouze po 100
hodinách provozu deaktivuje, coţ potom vede ke značnému poklesu podílu denitrifikace.
Někdy se ke sniţování tvorby emisí NOx vyuţívá přehřátý vzduch.
Mechanismy sníţení NOx jsou stejné jako při spalování ve stacionárním fluidním loţi.
Účinnost nízkoemisního spalování vyţaduje sofistikovaný systém sekundárního vzduchu a
speciální projekt topeniště, který umoţňuje dvě spalovací zóny.
Pro zařízení, které spaluje slámu nebo dřevo, není realizačním řešením selektivní katalytická
redukce ve vysokoprašném prostředí, protoţe vede k „otrávení“ katalyzátoru tvorbou
draselných solí. Kromě toho je regenerace kontaminovaného katalyzátoru velmi drahá.
325
5.1.4.2 Sniţování emisí do ovzduší ze spalování prachové rašeliny
5.1.4.2.1 Sniţování prachu
Při spalování práškové rašeliny je ze spalovací komory se spalinami unášeno určité objemové
mnoţství popílku. Jen malé mnoţství se zachytí jako spodní popel.
Mezi technologiemi pro odstraňování prachu je zdaleka nejpouţívanějším vybavením
elektráren v Evropě elektrostatický odlučovač. Elektrostatické odlučovače zachycují popílek
obvykle v suché formě a ten lze potom ukládat na skládku nebo recyklovat při vyuţití na
stavbě silnic nebo při výrobě produktů jako je cement a beton. Tkaninové filtry se mohou
v závodech spalujících práškovou rašelinu pouţívat rovněţ.
5.1.4.2.2 Sniţování emisí SO2
V elektrárnách vyuţívajících rašelinu je obsah síry v palivu nízký nebo často ne příliš vysoký.
Proto jsou emise obvykle tak nízké, ţe se odsiřování v současné době neuplatňuje.
Při vyšším obsahu síry v rašelinách se obvykle vyuţívá suché injektáţe. Nástřik hydroxidu
vápenatého v suché formě před hadicovými filtry můţe dosáhnout dosti vysokého podílu
sníţení. V topeništi je v některých případech také docela účinná injektáţ vápence společně
s vypíráním pomocí oxidu vápenatého. Tato opatření také odstraňují další škodlivé emise, jako
je HCl.
5.1.4.2.3 Sniţování emisí NOx
Pokud jsou teploty spalování při hoření rašeliny niţší neţ teploty například při spalování
černého uhlí (antracitu), sniţují se emise NOx pomocí technologie spalování (systém
postupného přidávání vzduchu) a /nebo selektivní nekatalytickou redukcí (SNCR).
5.1.4.3 Sniţování emisí ze spalování biomasy a rašeliny ve fluidním loţi
U systémů s fluidním loţem se pouţívá hruběji rozdrcené palivo a z toho důvodu se většina
popelu usazuje jako loţový popel. V systémech spalování v cirkulujícím fluidním loţi
(CFBC) expanduje zóna loţe při vyšších průtokových rychlostech vzduchu a popel
(nevyhnutelný u tohoto typu spalování) musí recirkulovat postranními vrstvami spalin.
Odloučení na podkladě odstředivého efektu je nedílnou sloţkou spalování ve fluidních kotlích
s cirkulujícím loţem, aby se rekuperovaly hrubé částice popílku tak, jak znázorňuje obr. 5.7.
326
Obr. 5.7: Průtok paliva a materiálu cirkulujícím loţem fluidního kotle na biomasu
/ 91, Kokk a kolektiv, 2000/
5.1.4.3.1 Sniţování prachu
Při sniţování prachu z fluidních kotlů spalujících biomasu a rašelinu se v současné době
pouţívají jak elektrostatické odlučovače, tak tkaninové filtry, kdy jsou často preferovanou
technikou tkaninové filtry.
5.1.4.3.2 Sniţování emisí SO2
Stupeň odsíření ve fluidních kotlích spalujících rašelinu je mnohem niţší neţ u fluidních kotlů
spalujících uhlí. Podle poznatků získaných s rašelinou u fluidních kotlů ve Finsku je stupeň
odsíření v případě spalování rašeliny při podílech Ca/S úměrných (3 – 5) okolo 30 – 40 % a to
jak u fluidních kotlů s cirkulujícím loţem, tak kotlů se stacionárním (bublinovým) loţem.
Odsíření se v kotli se stacionární fluidní vrstvou nezvýší nad 45 % ani kdyţ jsou podíly Ca/S
mnohem vyšší.
U kotle s cirkulujícím fluidním loţem je nejvyšší dosaţitelný stupeň odsíření okolo 80 %, ale
toho se mohlo dosáhnout pouze při velmi vysokém podílu Ca/S. Vysoký podíl Ca/S ohroţuje
opětné vyuţití odloučeného popílku, coţ znamená, ţe se doporučují niţší podíly odsíření (a
mnoţství sorbentu).
327
Pouţité sorpční činidlo zvyšuje mnoţství popílku, který v elektrárně vzniká. Existuje
moţnost, ţe se účinnost elektrostatického odlučovače kvůli vlastnostem sorbentu sníţí. To
znamená vyšší emise tuhých částic, zejména pouţije-li se ke sníţení emisí oxidů síry větší
mnoţství sorbentu.
5.1.4.3.3 Sniţování emisí NOx
Emise NOx jsou obvykle při spalování ve fluidním loţi znatelně niţší neţ při konvenčním
spalování práškového paliva. Teplota spalování v kotlích s fluidním loţem je obvykle nízká,
coţ zaručuje nízkou hladinu vznikajících tepelných emisí NOx. Za těchto okolností jsou
všechny emise NOx v zásadě způsobeny dusíkem vázaným v palivu.
Tvorbu NOx při spalování ve fluidním loţi lze dále omezit minimalizací podílu přebytku
vzduchu a etapovým přidáváním spalovacího vzduchu. V moderních kotlích s fluidním loţem
se montují kromě přívodů vzduchu do fluidního loţe také sekundární vzduchové ventily.
Určitý spalovací vzduch se injektuje těmito samostatnými ventily, které jsou umístěny v jedné
aţ třech úrovních v horní části topeniště. Tak se niţší část topeniště můţe provozovat při
nízkém podílu vzduchu, coţ zabraňuje tvorbě NOx. Injektovaný vzduch na sekundární
/terciární úrovni prostřednictvím horních vzduchových ventilů zajišťuje úplné dospálení.
Objevuje se, ţe tvorba oxidu dusného (N2O) je při spalování ve fluidním loţi vyšší (zejména
v cirkulujícím fluidním loţi) neţ při konvenčním spalování práškového paliva vlivem
pomalejšího rozrušení sloučenin při niţších teplotách spalování.
Sekundární opatření, jako jsou pochody selektivní a neselektivní katalytické redukce (SCR
nebo SNCR) jsou rovněţ moţné a pouţily se u fluidních kotlů při spalování biomasy ve
Švédsku a Finsku. SNCR je v těchto zemích velmi rozšířena jiţ po mnoho let a povaţuje se
při spalování biomasy za dobře fungující technologii. (Obvykle jsou emise NOx: 40 – 70
mg/Nm3; a emise NH3: 3 – 10 ppm). Selektivní katalytická redukce byla zavedena uprostřed
90.let. Nyní je v provozu 6 kotlů, které pouţívají v rámci sektoru energetiky SCR. Pět z nich
mají fluidní loţe (CFBC/BFBC) pro kogeneraci a jeden pro kogeneraci je malý roštový (40
MW – spaluje směs biomasy a rašeliny). U všech fluidních kotlů se povaţuje za výhodné
pouţít kombinaci SNCR a SCR (pro vysokoprašný reţim). Roštový kotel má samotnou SCR
(nízkoprašného typu). Emise NOx za zařízením SCR jsou obvykle pod 30 mg/MJ (<90
mg/Nm3).
Jedním problémem spojeným s SCR je deaktivace katalyzátoru, která je rychlejší, kdyţ se
oproti uhlí spaluje biomasa. Výsledky ze spalování dřeva ve fluidních kotlích ukazují, ţe
katalyzátor ztrácí během běţné sezóny výroby tepla část své aktivity ( průměrně 20 – 25 %).
Poměrně vysoký podíl deaktivace je způsoben především vlivem vysokého obsahu alkálií
(hlavně draslíku) ve spalinách. To znamená, ţe je nutné katalyzátor regenerovat. To lze udělat
( např. kaţdý druhý rok) promytím katalyzátoru vodou ( a/nebo kyselinou sírovou) a k tomu
je ale třeba vyjmou katalyzátor ze systému. Při testování se však také dosáhlo slibných
výsledků s vypíráním katalyzátoru in-situ vodou, po němţ následuje sulfatace (úprava
působením SO2).
328
5.1.5 Voda a úprava odpadní vody
Emise znečišťujících látek do vody nebo půdy nejsou u velkých zařízení spalujících biomasu a
rašelinu hlavním problémem.
5.1.6 Manipulace s odpadními zbytky ze spalování a vedlejšími produkty
Elektrárna spalující rašelinu produkuje popel a produkty z moţné injektáţe vápence. Většina
popela je polétavý popílek ze systému čištění spalin (elektrostatických odlučovačů nebo
tkaninových filtrů). Nějakých 10 – 20 % z celkového mnoţství popelu je spodní (loţový)
popel na dně kotle. Tyto materiály se mohou vyuţít nebo zneškodnit.
Dodnes se rašelina zřídka kdy spalovala samotná, ale obvykle se spaluje společně s jinými
palivy, jako je dřevo. Proto se ve většině případů vytvoří směsný popel. Vlastnosti takového
směsného popelu se liší od těch, které má popel z rašeliny a tudíţ se poněkud liší i moţnosti
vyuţití.
Rašelinový popel se můţe pouţít jako surovina a jako příměs na stavbách a v průmyslu
stavebního materiálu a např. jako materiál při stavbě silnic. Lze jej také pouţít při úpravě
kanalizace. Geotechnické vlastnosti a minerální sloţku popela je třeba případ od případu ještě
předtím, neţ se komerčně vyuţije, podrobit průzkumu. Spoluspalování dřeva a rašeliny vede
k poněkud odlišnému sloţení popela, coţ působí více potíţí při jeho vyuţití ve stavebním
materiálu.
Popel z rašeliny lze vyuţít ke stabilizaci minerálních sloţek a do betonu buď k nahrazení
nejjemnějších přísad nebo jako součást cementu.
Popel z elektrárny spalující rašelinu se můţe přepravovat např. do baţinatých oblastí.
Zneškodnění popela na odříznutí baţin je pro ţivotní prostředí přijatelné a také ekonomicky
výhodné. V některých zemích, jako je Irsko se popel musí zneškodňovat na skládkách k tomu
určených, ale nejdříve se dokonce musí testovat kvalita popela (např. zkouškou rozpustnosti,
resp. vyluhovatelnosti) a později se musí provádět monitorování skládky.
Aspekty ţivotního prostředí a zdraví je třeba zohlednit v architektuře krajiny. Pokud se týká
ukládání na skládku, je popel z rašeliny zcela podobný popelu z uhlí. Mohou nastat určité
dočasné obtíţe způsobené prachem nebo hlukem, které pocházejí z dopravy a pracovních
strojů. Úprava krajiny tak přizpůsobí výřez v terénu rašeliniště (způsobeného těţbou) okolní
krajině.
Polétavý popílek z rašeliny se můţe pouţít jako hnojivo v lesích a na polích. Popel z rašeliny
obsahuje výţivné látky a vápno, které rostliny potřebují. Před komerčním vyuţitím popela
z rašeliny jako hnojiva se však musí zohlednit jak aspekty ţivotního prostředí a zdraví, tak
předpisy. Polétavý popílek z jednotek spalujících slámu se zneškodňuje především s ohledem
na vysoký obsah kadmia. Spodní popel se běţně vrací zpět na pole nebo se ho pouţívá jako
stavebního materiálu na silnice.
329
5.2 Příklady pouţitých postupů a technik
Tato část kapitoly 5 poskytuje řadu příkladů technik a procesů, které se v současné době
uplatňují u spalovacích zařízení na biomasu. Účelem příkladů je ukázat, jak se pouţily
specifické techniky u nových a rekonstruovaných zařízení, aby se zajistila vysoká úroveň
ochrany ţivotního prostředí jako celku, v kaţdém případě při zohlednění zvláštních místně
specifických podmínek a poţadavků ochrany ţivotního prostředí. Ze shromáţděných
informací však není vţdy jasné, zda nebo jak byla kaţdá z technik popsaná v příkladech
posouzena se zřetelem k definici BAT uvedené v článku 2, odstavec 11 Směrnice 96/61/EC a
rovněţ s ohledem na seznam opatření přijatých obecně nebo pro specifické případy, kdy se
určovaly nejlepší dostupné techniky s ohledem na pravděpodobné náklady a přínosy opatření a
zásady předběţných opatření a prevence a jak se následně techniky vybíraly a uplatňovaly.
Kromě toho nelze zabezpečit, ţe působení na ţivotní prostředí bude trvalé a bude za všech
podmínek provozu pokračovat a po jakou dobu, zda se nenarazí na nějaké problémy a co
znamenají přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého. Také není vţdy jasné, jaká je
motivace pro uplatnění techniky a jaké náklady a přínosy pro ţivotní prostředí jsou s kaţdým
případem spojeny. Proto jsou informace poskytnuté u následujících příkladů pojaty pouze jako
obecné indikace z praxe provozované v současné době a nemohou se povaţovat za příslušné
referenční body.
Techniky, které se uvádějí jako příklady pocházejí z informací, které poskytli a posoudili
členové Technické pracovní skupiny, jakoţto součást výměny informací o velkých
spalovacích zařízeních.
330
5.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na biomasu
a rašelinu
Příklad 5.2.1.1 Odsiřování při spalování rašeliny v kotlích s cirkulujícím fluidním ložem a
v kotlích se stacionární fluidní vrstvou za použití injektáže vápence (případová studie).
Popis: Testovala se maximální účinnost odstranění SO2 při injektáţi vápence a analyzovaly
se náklady na odsíření u stávajícího závodu s kotlem s cirkulujícím fluidním loţem a s kotlem
se stacionární fluidní vrstvou, které spalují rašelinu. Účelem studie bylo stanovit nejvýše
moţný dosaţitelný stupeň odsíření u stávajících zařízení fluidních kotlů při spalování rašeliny
s přímou injektáţí vápence do loţe (in situ) a vyhodnotit náklady na odsíření.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: V kotli s cirkulujícím fluidním loţem byla nejniţší
dosaţitelná úroveň emisí 200 mg SO2/Nm3 (obsah O2 = 6 %) při stechiometrickém poměru
Ca/S = 10, kdy byl obsah síry v palivu 0,17 %. Zařízení kotle s cirkulujícím fluidním loţem
se běţně provozuje s úrovní emisí 360 mg/Nm3 (O2 = 6%) s podílem Ca/S = 2 – 4 (v závislosti
na vápenci).
U kotle se stacionární fluidní vrstvou byl nejvyšší dosaţitelný stupeň odsíření okolo 45 % při
podílu Ca/S = 7, kdy byl obsah síry v rašelině 0,25 %. Emise SO2 byly 280 mg/Nm3 (při O2 =
6%). Další přídavek vápence nevykazoval ţádný vyšší stupeň odsíření. Běţný provoz
takového zařízení se stacionární fluidní vrstvou při 360 mg SO2/Nm3 (O2= 6%) je výsledkem
stechiometrického poměru Ca/S mezi 2 – 4.
Tab. 5.1: Souhrn výsledků případové studie
Kotel CFB
(s cirkulujícím
fluidním loţem)
BFB
(se stacionárním
fluidním loţem)
obsah síry v palivu (%) 0,17 0,25
běţný provoz
emise SO2 (mg/Nm3 ); (O2 = 6%) 360 360
stechiometrický poměr Ca/S 2 – 4 2 – 4
náklady na odsíření
(EUR/t odstraněného SO2)
1300 1400
minimální dosaţitelné emise
emise SO2 (mg/Nm3 ); (O2 = 6%) 200 280
stechiometrický poměr Ca/S 10 7
náklady na odsíření
(EUR/t odstraněného SO2)
1800 1950
minimální náklady na odsíření mezi běţnou
úrovní emisí a dosaţitelnou úrovní
(EUR/t odstraněného SO2)
2100
2700
náklady na odsíření polosuchou rozprašovací
technologií (EUR/t odstraněného SO2)
6800
3200
331
Bylo provedeno rovněţ vyhodnocení, jaké by byly náklady na odsíření při uplatnění polosuché
rozprašovací technologie. Jak je vidět z tabulky 5.1, tyto náklady by byly mnohem vyšší, neţ
při přímém dávkování vápence do loţe.
Ekonomika: Lze vidět, ţe celkové náklady na odsíření při běţných provozních podmínkách
(emise SO2 = 360 mg/Nm3; O2 = 6 %) u obou zařízení byly okolo 1300 EUR/t odstraněného
SO2 v kotli s cirkulujícím fluidním loţem a 1400 EUR/t odstraněného SO2 u kotle se
stacionární fluidní vrstvou, oboje značně vyšší neţ náklady na sníţení o 1 t SO2 u spalování
práškového uhlí při pouţití mokré metody odsiřování.
Kdyţ se zvýší stupeň odsíření tak, aby se získala nejniţší dosaţitelná hladina tj. u kotle
s cirkulujícím fluidním loţem 200 mg SO2/Nm3 (O2 = 6%) nebo 280 mg SO2/Nm
3 u kotle
se stacionární fluidní vrstvou, pak jsou minimální náklady na toto maximální odsíření u
prvního zmíněného kotle okolo 2100 EUR/t odstraněného SO2 a u druhého kotle 2700 EUR
/t odstraněného SO2.
Motivace pro zavedení: sníţení emisí SO2
Odkaz na literaturu: / 59, Finnish LCP WG, 2000/; /100, Kouvo a Salmenoja, 1997/
5.2.2 Zlepšení působení stávajících velkých spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu
na ţivotní prostředí
Příklad 5.2.2.1 Konverze starého kotle na práškovou rašelinu na moderní kotel s fluidním
ložem
Popis: V roce 1996 byla například ve Finsku změněna technologie spalování u provozovaného
20 let starého kotelního zařízení na práškovou rašelinu na kotel se stacionárním fluidním
loţem. Při konverzi starého zařízení se celá čelní strana původního kotle nahradila zařízením
s novou úpravou spalování. S novou technologií můţe kotel spalovat několik druhů paliv.
Zároveň se o 20 % zvýšil výkon kotle.
332
Obr. 5.8: Kotel se stacionárním fluidním loţem upravený z kotle na práškovou rašelinu
/ 99, Oulun Energia, 1997/
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Technologie spalování ve fluidním loţi sníţila
mnoţství emisí dusíku asi na polovinu předešlé hodnoty. Emise prachu se také sníţily, protoţe
se elektrostatický odlučovač renovoval.
Pouţitelnost: Koncepce přeměny stávajícího kotle na práškovou rašelinu na moderní kotel
s fluidním loţem lze v zásadě provést, ale oprávněnost se musí posuzovat případ od případu.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: vyšší účinnost
Provozní údaje: zařízení se provozuje jako kogenerační závod (CHP).
výkon páry 242 MW
teplota páry 540 o C
účinnost paliva 90 %
Ekonomika: není k dispozici
Motivace pro zavedení: Nízké emise NOx a prachu, dosaţení vyšší účinnosti a prodlouţení
doby ţivotnosti zařízení.
Odkaz na literaturu: /99, Oulun Energia, 1997/
333
Příklad 5.2.2.2: Spoluspalování biomasy v elektrárně na kvalitní práškové hnědé uhlí
Popis: V roce 1996 se testovalo několika experimenty u různých jednotek elektrárny uvedené
jako příklad (A a B) spoluspalování výlisků z různých zdrojů biomasy. Zde se uvádějí
výsledky experimentů ze spoluspalování.
Spoluspalování výlisků v jednotce A:
Jednotka A má jmenovitý tepelný příkon 280 MW a hrubý elektrický výkon 108 MWel.
Spaluje se prouhelněný lignit (kvalitní hnědé uhlí) a tedy bylo navíc k primárnímu opatření
nutné pouţít denitrifikační zařízení (DENOX) s technikou selektivní katalytické redukce pro
vysokoprašné uspořádání. Mimoto se připojil elektrostatický odlučovač a zařízení k odsiřování
spalin. Při spoluspalování se nepouţila ţádná další přídavná zařízení. Výlisky biomasy se
mísily s kvalitním hnědým uhlím v prostorech skladu, coţ způsobilo docela vysoké emise
prachu. Výlisky se vytvarovaly do válečků o průměru okolo 25 mm ze třech různých zdrojů
biomasy:
A: slámy
B: obilovin
C: porostu z úpravy krajiny
O víkendech se provedly čtyři zkoušky, kaţdá v trvání 24 hodin s výlisky jednotlivých typů.
Kromě toho se tři týdny testovalo spalování výlisků slámy. Podíl biomasy na celkovém
tepelném výkonu byl od 4,6 do 13,3 %
Spoluspalování odpadních třísek dřeva v jednotce B:
Jednotka B má jmenovitý tepelný příkon 803 MW a hrubý elektrický výkon 316 MWel.
Uspořádání ke sníţení emisí je stejné jako u jednotky A. Třísky dřeva se vloţily do uhelných
bunkrů, kde se smísily s hnědým uhlím. Protoţe se dřevěné třísky ve skutečnosti nedají
v uhelných mlýnech rozdrtit, padají dolů na rošt po vyhoření paliva, kde částečně shoří
v plovoucím loţi. Velké nespálené částice kotelního popela se vracejí zpět do uhelného
bunkru. Koncentrace nečistot v třískách dřeva nesmí převýšit určité hodnoty (viz tab. 5.2)
Odpadní dřevo ošetřené úpravou s obsahem halogenů nebo prostředky na ochranu dřeva, které
obsahují těţké kovy se nesmí spalovat. Od června 1999 se kaţdodenně spálilo asi 300 – 350 t
dřevěných třísek, coţ představuje asi 12 % vstupní hmoty a 8 % tepelného příkonu.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Spoluspalování biomasy šetří fosilní zdroje a
sniţuje emise CO2. Spoluspalování třísek dřeva v jednotce B sniţuje spotřebu kvalitního
hnědého uhlí asi o 80 000 t/rok.
Pouţitelnost: Moţnost spoluspalovat biomasu ve specifických jednotkách.
Provozní údaje:
Spoluspalování výlisků v jednotce A:
V tabulce 5.2 jsou uvedeny průměrné charakteristiky hnědého uhlí a 3 druhů paliv z biomasy
při experimentálním spoluspalování.
334
Tab. 5.2: Průměrné charakteristiky 4 paliv pouţitých při experimentálním spoluspalování
charakteristiky kvalitní
hnědé uhlí
ve formě výlisků :
sláma obiloviny porost z úpravy krajiny
výhřevnost (MJ/kg) 17,08 15,51 15,05 15,44
obsah vody (%) 29,2 10,45 10,7 7,0
obsah popela (%) 10,25 6,89 4,34 6,79
chlor 0,003 0,366 0,034 0,216
síra 1,03 0,079 0,08 0,077
draslík 0,07 1,26 0,47 1,55
Testoval se provoz uhelných mlýnů s podílem biomasy od 10 do 40 %. Více neţ 40 %
biomasy se nemohlo v mlýnech zpracovat. Tabulka 5.3 ukazuje výsledky zrnění paliva po
drcení v uhelných mlýnech. Lze předpokládat, ţe s 10 % podílem biomasy se zrnění změní
pouze nepatrně, kdeţto u vyšších mnoţství biomasy se podíl velmi jemných částic (<0,09 mm)
značně sníţí. To znamená, ţe to není pouze biomasou, která se špatně podrtí, ale také
rozemletým uhlím, které je ovlivněno přítomností vysokých podílů biomasy.
Zvýšené škvárování nastalo pouze během 3 víkendů při spoluspalování výlisků slámy.
Selektivní katalytická redukce a elektrostatický odlučovač ovlivněny nebyly. Emise do
ovzduší při různých testech ukazuje tabulka 5.4.
Tab. 5.3: Jakost mletých paliv s různými podíly biomasy.
podíl velikosti částic v celkové hmotě paliva po umletí v uhelném
mlýně podle skupin paliva (%)
charakteristiky paliva > 1,0 mm > 0,2 mm 0,09 - 0,2mm <0,09 mm
pouze uhlí 7 24 19 50
10 % slámy 7 27 16 48
27,5 % slámy 19 36 14 31
19,2 % obilných rostlin 23 35 16 26
20 % porostu z úpravy krajiny 22 43 15 20
Tabulka 5.4: Emise do ovzduší: porovnání 5 různých testů spoluspalování se spalováním
samotného uhlí
jednotky pouze
uhlí
spoluspalování výlisků :
sláma sláma obilniny
(rostliny)
porost
z úpravy
krajiny
třítýdenní
test se
slámou
podíl na tepelném příkonu % - 4,6 13,3 8,43 9,7 11
obsah N ve směsi paliva mg/kg 9400 9200 8370 8640 8490 8900
NO2 v surovém plynu mg/Nm3 442 411 400 387 398 419
NO2 po SCR mg/Nm3 132 132 131 127 130 135
prach za ESP mg/Nm3 17,7 19,6 36,5 26,9 43 85
prach za FGD mg/Nm3 2,8 3,2 2,5 2,7 2,9 5,9
SO2 v surovém plynu mg/Nm3 2870 2800 2600 2733 3111 2842
SO2 za FGD mg/Nm3 125 125 119 110 138 116
Vysvětlivky: SCR= selektivní katalytická redukce; ESP= elektrostatický odlučovač;
FGD= odsiřování spalin
335
Z měření lze vyvodit závěry o emisích do atmosféry:
koncentrace NO2 v surovém plynu vlivem spoluspalování mírně klesá
koncentrace prachu ve spalinách za elektrostatickým odlučovačem roste pravděpodobně
vlivem vyšší koncentrace jemných částic; odloučení prachu při odsiřování spalin zajišťuje
nízké koncentrace v čistém plynu
obsah síry v palivech biomasy je obecně asi 10 x niţší neţ je v uhlí. Tedy lze pozorovat
sníţení koncentrací SO2. Emise HCl jsou při spoluspalování asi 3x vyšší následkem
vysokého obsahu chloru, ale emise jsou stále pouze 1 % hodnoty emisního limitu. Zvýšení
halogenů by mohlo v dlouhodobém provozu způsobit korozi částí zařízení k odsiřování
spalin
PCDD/PCDF (polychlorované dibenzo-dioxiny/furany) nebylo moţno při spalování
samotného uhlí měřit. Při spoluspalování se naměřené hodnoty pohybovaly lehce nad
limitem detekce ( 0,001-0,002 ng TEQ/Nm3).
Kvalita odpadních zbytků (popílku, spodního kotelního popela, sádrovcového kalu) se
ovlivnila pouze mírně. Tyto odpady ze spoluspalování je také moţné zneškodňovat společně
jako stabilizovaný materiál v povrchových dolech. Kromě toho se při podmínkách
spoluspalování zvyšuje teplota spalných plynů o 5 – 10 oC a podíl spalitelné hořlaviny
v popelu se téměř zdvojnásobuje na 8 %. Tyto účinky vedou ke sníţení účinnosti kotle.
Spoluspalování odpadních třísek dřeva v jednotce B:
Uvádějí se zde výsledky testu, který se provedl v roce 1998. Během 370 hodin provozu se
spálilo asi 5400 tun odpadních dřevěných třísek. Podíl dřevných třísek na celkovém příkonu
palivové hmoty činil 11,4 %. Charakteristiky uhlí a dřevných třísek a maximální koncentrace
nečistot v dřevných třískách ukazuje tabulka 5.5.
Tab.5.5: Charakteristiky uhlí a dřevných třísek a maximální povolené koncentrace
znečišťujících látek ve dřevných třískách
jednotky uhlí dřevné třísky
výhřevnost MJ/kg 16,4 13,3
měrná hustota t/m3 0,95 0,24
měrná energie GJ/m3 15,6 3,2
velikost třísek mm - 1 - 60: 96 %
60 – 100: 3 %
> 100: < 1 %
maximální koncentrace znečišťujících látek
B mg/kg - 30
Cl mg/kg - 300
F mg/kg - 30
As mg/kg - 2
Cu mg/kg - 20
Hg mg/kg - 0,4
PCP mg/kg - 2
benzo-a-pyren mg/kg - 0,1
336
Emise do atmosféry během spoluspalování v roce 1999 ukazuje společně tabulka 5.6
Tab. 5.6: Naměřené hodnoty emisí ze spoluspalování odpadních třísek dřeva
jednotka střední hodnota ze 3 samostatných měření
v roce 1999 při 7 % O2
prach
mg/Nm3 8
CO mg/Nm3 35
NO2 mg/Nm3 117
SO2 mg/Nm3 103
celkový uhlík mg/Nm3 2,3
HCl mg/Nm3 1,1
HF mg/Nm3 < 0,1
Cd, Tl mg/Nm3 0,001
Hg mg/Nm3 0,002
PCDD/PCDF ng TE/Nm3 0,0025
Emise kovů a dioxinů/furanů se následkem spoluspalování nezměnily.
Ekonomika: Specifické náklady (EUR/MJ) pro výlisky z biomasy jsou asi 4x vyšší neţ u
uhlí. Investice na zlepšení technologie spoluspalování dřevných třísek činily 0,7 mil. EUR.
Náklady na manipulaci s dřevnými třískami a logistiku uvnitř elektrárny činí asi 8 –10 EUR/t.
Motivace pro zavedení: Spoluspalování výlisků z biomasy se pouze testovalo, ale pravidelně
se neprovádí. Ke spoluspalování odpadních dřevných třísek ale dochází, protoţe dodatkové
platby za spoluspalování a úspory uhlí umoţňují, aby byl provoz ekonomický.
Odkaz na literaturu: /142, Schmidt a Dietl, 1999/; /143, Kindler a kolektiv, 2000/
5.2.3 Působení nových velkých spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu na ţivotní
prostředí
Příklad 5.2.3.1 Kotel s cirkulujícím fluidním ložem ke spalování biomasy (dřeva) za
atmosférického tlaku
Popis: Zařízení se skládá za dvou stejných jednotek o jmenovitém tepelném příkonu 2x 45
MW, hrubém elektrickém výkonu 19,8 MWel. a čistém elektrickém výkonu 13 MWel.. První
jednotka se postavila v roce 1992 a druhá v roce 1996 a pouţívají se k výrobě elektřiny a tepla
z odřezků dřeva v továrně na výrobu dřevotřískových desek. Systém čištění spalin obsahuje
tkaninový filtr s proudovým oklepem pro odstraňování prachu. Při poměrně nízké teplotě
spalování se mohou dosáhnout při odstupňovaném dávkování vzduchu (3 etapy pro vstup
spalovacího vzduchu) a s recirkulací spalin nízké hladiny emisí NOx. Protoţe je ve dřevě
nízký obsah síry, nemusí se přidávat ţádné vápno. V procesu se pouţívá k přenosu tepla
topného oleje.
337
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Lze předpokládat, ţe spalování dřeva bude téměř
bez CO2 (za předpokladu udrţitelného lesního hospodářství). Palivo je vedlejším produktem
výroby dřevotřískových desek a proto se nemusí přepravovat nikam dále. Spaluje se pouze
nekontaminované dřevo, bez ochranných nátěrů. Výroba elektřiny a provozního tepla
umoţňuje 85 % celkovou energetickou (palivovou) účinnost. Odpadní voda vzniká pouze
v malém mnoţství ( v roce 1999 asi 0,3 m3/hod; 2592 m
3/rok) a odvádí se do systému městské
kanalizace.
Pouţitelnost: Spalování ve fluidním loţi je dobře známé pro širokou paletu paliv, která se
mohou spalovat. Proto by spalované palivo nemělo podléhat ţádnému omezení. V důsledku
charakteristického projektu těchto zařízení je potřeba prostoru docela malá.
Přenos vlivu z jednoho prostředí do druhého: odstraňování určitého mnoţství popela
vzniklého provozem kotle.
Provozní údaje: V roce 1999 se vyrobilo 102 589 MWh čisté elektřiny a 634 223 MWh tepla
(tj. 74 456 t páry). V tomtéţ roce se dosáhlo elektrické účinnosti 15,8 % a čisté tepelné
účinnosti 68 %. Celková energetická účinnost byla 85 %. Jedna jednotka byla v provozu 8021
hodin a druhá 6031 převáţně při částečném zatíţení.
Tab. 5.7: Emise do ovzduší v roce 1999
monitorování naměřené emise při 7 % O2
jednotka č.1 jednotka č.2
obsah O2 (%) 5-5,5 6,5-7,5
objem spalin (m3/hod) 33 153 86 453
prach (mg/Nm3) kontinuální 4
1* 2,2
1*
SO2 (mg/Nm3) kontinuální 2,9
1* 2,3
1*
NOx (mg/Nm3) kontinuální 164
1* 339
1*
CO (mg/Nm3) kontinuální 147
1 178
1
HCl (mg/Nm3) kontinuální 7,3
1* 8,8
1*
HF (mg/Nm3) jednotlivé 0,04 0,1
PCDD/PCDF (ng TEQ/m3) prakticky
kontinuální
0,013 0,006
Σ Cd,Ti (mg/Nm3) jednorázové 0,004 0,003
Hg (mg/Nm3) jednorázové 0,001 0,001
Σ těţkých kovů (mg/Nm3) jednorázové 0,015 0,006
celkový organický uhlík (mg/Nm3) jednorázové 2,0 2,0
Vysvětlivky: 1 roční střední hodnota * odpovídá denním středním hodnotám
Obě jednotky spotřebovaly 360 916 t dřeva/rok (25,8 t/hod), 170 000 m3 zemního plynu/rok a
3943 t lehkého topného oleje/rok. Dřevo přichází do spalovací komory ze dvou zásobníků
s dřevnými třískami a ze dvou zásobníků s dřevným prachem. Tabulka 5.8 ukazuje průměrné
charakteristiky dřeva.
338
Tab. 5.8: Charakteristiky spalovaného dřeva
charakteristiky dřeva hodnota
výhřevnost (MJ/kg) 14,7
obsah síry (% hm.) < 0,1
obsah vody (% hm.) 18
obsah popela (% hm.) 4
Vypouštěná voda (0,3 m3/hod) pochází z chlazení popela a z úpravy napájecí vody. Po
neutralizaci se odpadní voda vypouští do kanalizace. Z procesu jsou pouze odpady popela.
Tab. 5.9: Mnoţství popelů vzniklých v roce 1999
spodní (loţový) popel popílek
mnoţství( t/rok) 1314 7726
měrné mnoţství (g/kWhel.) 13 75
vyuţití / zneškodnění zakrytí skládky
(trţní cena: 25 EUR/t)
plnivo do dolů
(trţní cena: 50 EUR/t)
Ekonomika: Investice na celé zařízení dosáhly 51,3 mil. EUR. Plné náklady na výrobu páry
činily 8,46 EUR/t a na výrobu elektřiny 0,077 EUR/kWh.
Motivace pro zavedení: Motivací pro postavení zařízení bylo umoţnit vyuţití produkovaných
odpadů pro výrobu energie.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
Příklad 5.2.3.2: Kogenerační zařízení pro spalování slámy s drtičem a mechanickým
přikládáním do kotle a tkaninovým filtrem..
Popis: Zařízení se nachází v Dánsku (zařízení A), je poháněno parou, s výtavným kotlem se
šroubovým přikládacím zařízením na rošt, s vyuţitím dávkování vzduchu. Rošt je jak sklopný
tak vibrační. Technologie se v Dánsku dále rozvíjí u dalšího zařízení spalujícího slámu
(zařízení B). Rozdíl mezi závody je ten, ţe teplota páry se v kotli zvýšila z 520 oC na 540
oC.
Centrálně dodávané teplo má u závodu A 85 oC, následkem niţšího tlaku páry ve srovnání se
zařízením B, kde je teplota 95 oC a to má pak vyšší elektrickou účinnost. Turbina je
výkonnější. Výsledkem je 10 % zvýšení elektrické účinnosti. Celkový výkon zařízení je 10
MWel. a 20 MJ/s tepla. Celková výroba tepla se odhaduje asi na 400 TJ/rok. Prostřednictvím
kogenerace je vyuţití energie paliva aţ o 30 % vyšší, neţ kdyţ se elektřina a teplo vyrábějí
samostatně. Produkce rozvodného tepla pokrývá 90 % potřeby tepla. Roční spotřeba slámy je
40 000 tun. Při plné výrobě se v zimním období spálí denně 200 t slámy.
339
Obr.: 5.9: Spalovací zařízení vytápěné slámou
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Výhodou kogeneračního zařízení je, ţe se lépe
vyuţije energie paliva. Zařízení vyuţívá 92 % energie, z nichţ 32 % připadá výhradně na
výrobu elektřiny. Spalování slámy se povaţuje z hlediska CO2 za neutrální. Dánští farmáři
dodávají slámu a popel se vrací na pole jako hnojivo. Zařízení je vybaveno odlučovačem
prachu; to se skládá z pytlového filtru, který se čistí proudovým oklepem a z pytlového filtru
z materiálu Nomex vyztuţeného teflonovými vlákny. Je moţné odstranit aţ 99,9 % prachu.
Část prachu/popílku se potom mísí se spodním popelem a pouţívá se jako hnojivo a zbývající
část popílku se zneškodňuje, protoţe je přítomno Cd. Zařízení není vybaveno denitrifikací
nebo odsiřováním spalin.
Důleţité je povšimnout si, ţe emise SO2 ze zařízení spalujícího slámu kolísají od 50 do 300
mg/Nm3 (denní střední hodnota) při typické průměrné roční hodnotě 150 mg/Nm
3. Emise HCl
kolísají rovněţ v rozmezí 50 – 300 mg/Nm3 (denní střední hodnota) s obvyklou průměrnou
roční hodnotou 100 mg/Nm3. Emise dioxinů a furanů (PCDD/PCDF) jsou méně neţ 0,1 ng
TEQ/Nm3. Emise NOx jsou u kogeneračních zařízení se spalováním slámy okolo 300 – 400
mg/Nm3 (hodinová střední hodnota, 6 % O2 a suchý plyn). Prokázalo se, ţe z důvodu
agresivního působení na ţivotní prostředí se povaţuje ještě za ekonomicky únosné pouţít
zařízení pro selektivní katalytickou redukci ale kvůli typu spalování, tj. spalování na roštu,
nelze zařadit nízkoemisní hořáky.
Provozní údaje: V roce 2000 se vyrobilo 27 258 MWhel. a 267 732 GJ tepla a spotřebovalo se
433 350 GJ ze slámy. V tabulce 5.10 jsou uvedené údaje společně s údaji ze dvou dalších
zařízení spalujících slámu. Je však třeba si povšimnout, ţe část produkce zařízení v Masnedo
(Dánsko) pracuje na bázi dřevných třísek. Emise se neměří kontinuálně, proto se hladina emisí
uvedených v tabulce 5.10 se stanovila ze zkušebních vzorků.
340
Tab. 5.10: Údaje ze třech zařízení spalujících slámu v Dánsku
jednotky zařízení A zařízení B zařízení C
zahájení provozu rok 1989 1996 2000
elektr. výkon (netto) MW 5,0 8,3 10,6
tepelný výkon MJ/s 13,0 20,8 20,3
pára
tlak Bary 67 92 93
teplota oC 450 522 542
maximální průtok t/hod 26,0 43,2 43,2
rozvod teplé vody
zásobní nádrţ m3 3200 5000 5600
spaliny
průtok (max.) kg/s 9,9 14,0 14,0
teplota oC 120 120 130
sláma
skladování tuny 350 1000 1000
spotřeba t/rok 25 000 40 000 40 000
obsah vody % 10-25 max. 25 max. 25
zařízení
typ filtru pytlový elektrostat.odlučovač pytlový
systém spalování doutníkový hořák drtič a pohazovač drtič a pohazovač
emise při 6 % O2
CO mg/Nm3 190-314 72-238 50-214
prach mg/Nm3 14 21-28 0,7-2
NOx mg/Nm3 530-644 327-443 248-319
SO2 mg/Nm3 155-168 131-166 160-190
účinnost
účinnost el. % 25 28 32
účinnost celková % 86 91 92
Ekonomika:
Tab. 5.11: Náklady u třech dánských zařízení spalujících slámu
údaje měnová jednotka zařízení A zařízení B zařízení C
náklady na kotelní zařízení DKK 100 mil. 240 mil. 240 mil.
měrná cena (1995) DKK/MWel. 23 mil. 28 mil. 23 mil.
DKK = dánská koruna
Odkaz na literaturu: /144, CBT, 1998/; /145, Sander, 2000/
341
Příklad 5.2.3.3: Průmyslové kogenerační zařízení s mechanickým pohazovačem, s SNCR a
tkaninovým filtrem
Popis: Technika mechanického přikládání s pohazovačem, která se zde popisuje, se předvede
na třech příkladech téměř identických zařízení na spalování dřevných třísek ve Francii a
v Německu. V tabulce 5.12 se souhrnně uvádějí všechny podstatné údaje o těchto třech
zařízeních. Tato zařízení se pouţívají hlavně ke zhodnocení odpadů dřeva a dřevného prachu
a poskytují teplo potřebné k výrobě dřevotřískových desek. Je tedy zajištěna vysoká a stálá
potřeba energie.
Tab. 5.12: Technické údaje pro tři zařízení, která se uvádějí jako příklady
zařízení A zařízení B zařízení C
rok uvedení do
provozu
1994 1997 2000
jmenovitý tepelný
příkon (MW)
50 73,5 57,7 (spalování na roštu,
z toho maximálně 28 MW
dodáno hořáky na dřevný
prach) + 6,7 (hořáky na
topný olej + zvlášť lehký
topný olej
hrubý elektrický výkon
(MW)
16,6 max.
11 (roční průměr)
13,3
dosaţitelná ţivotnost provozní ţivotnost
5000 hod.,
dostupnost 99,8 %
provozní ţivotnost
> 5000 hod.
provozní ţivotnost
> 5000 hod.
jmenovitý tepelný
příkon (max.MW)
63 35 + 6,7
celková hrubá
energetická účinnost
(%)
96,6 max. cca 85
hlavní parametry páry 450oC, 67 barů 455
oC, 70 barů
hlavní paliva výrobní odpady, odpadní dřevo, kolejnicové praţce, atd.
Následující popis techniky se vztahuje ke všem třem uvedeným zařízením, pokud se
nespecifikuje jinak. Technika přikládání s mechanickým pohazovačem je typ spalování se
vzdušným chlazením pohyblivého roštu s pohazovačem, dokonce s rozhozem paliva na roštu.
Zatímco větší kusy stejnoměrně hoří ve stálé spalované vrstvě na roštu, menší částice se
zaţehnou ve fluidním loţi samostatně nad spalovací komorou ( to se uplatňuje asi u 50 %
paliva). To poskytuje dobré podmínky pro vysokou účinnost spalování a dobu prodlevy 4 – 5
sekund. Proto se podíl vzduchu můţe sníţit na minimum (s obsahem O2 v surovém plynu
méně neţ 3 %) a tím se sniţují emise NOx. Vytvoření fluidního loţe je moţné, protoţe
rychlost spalin je podobná rychlosti, ke které dochází při spalování ve fluidním loţi. Vytvoření
fluidního loţe také znamená postupné dávkování paliva, coţ podporuje spalování s nízkými
emisemi NOx. Tento efekt podporuje rovněţ nízká maximální teplota 1250 oC.
Polovina vzduchu se injektuje proudovou tryskou, další polovina se dmýchá dovnitř za
vysokého tlaku dýzami u stěn. Tedy se jedná o etapové spalování za podstechiometrických
podmínek u dna a zároveň při vysokém turbulentním proudění.
342
Zařízení s mechanickým přikládáním a pohazovačem umoţňuje intenzivní spalování za
vysokých teplot širokému spektru paliv. Optimální teplota se můţe dosáhnout regulovanou
injektáţí recirkulovaných spalin. Ideální adiabatická teplota spalovací komory při současné
minimalizaci CO a NOx je 1300 aţ 1400 oC. Dosaţená teplota je ve skutečnosti asi o 150
oC
niţší. Vyztuţení stěn vyzdívkou kvůli tepelné izolaci není nutné, předchází se také tvorbě
kotelní strusky a proto se značně prodlouţí ţivotnost provozu (více neţ 5000 hod.).
Ke spalování abrasivního prachu se pouţívají 4 hořáky na práškové palivo zabudované do
zařízení C se zapuštěnými hořákovými dýzami o maximálním jmenovitém příkonu 28 MW.
Mohou také spalovat zvlášť lehký topný olej.
Tepla se pouţívá hlavně k sušení štěpků. U zařízení B se vysuší aţ 26 t/hod v rotačních
sušičkách, coţ znamená, ţe se sníţí vlhkost ze 60 aţ 100 % asi na 2 %. Sušení se uskutečňuje
nepřímo pomocí svazku trubek vyhřátých na 180 oC. Dále se teplo vede topným olejem při
vyhřátí na 240 oC do vyhřívaného lisu na konci, aby se vysušily a zpevnily dřevotřískové
desky. Při tomto pochodu dochází ke vzniku směsi vzduchu, vody a produktů odplyňování,
která se vrací jako spalovací vzduch a tedy dodává 30 % potřebného vzduchu do kotle. Tento
projekt poskytuje vysokou energetickou účinnost a dospálení emisí unikajících při sušení.
Vzduch odváděný ze sušení třísek se také částečně vyuţívá v kotli. Všechna zařízení jsou
vybavena pytlovými tkaninovými filtry, aby se splnily poţadované limitní hodnoty pro emise
tuhých částic.
Zařízení C je navíc vybaveno selektivní nekatalytickou redukcí. Jako redukční činidlo se
pouţívá hydroxid amonný s 25 % hm. čpavku. Skladuje se v nadzemní nádrţi z korozivzdorné
oceli. Kromě toho je zařízení C vybaveno procesem adsorpce. Tato kombinovaná injektáţ
sorbentu do kouřovodu (suchá adsorpce) vyţaduje nástřik rozdrcené směsi aktivního
uhlí/koksu a vápnohydrátu ( adsorbentu) do proudu spalin, která se potom odloučí pomocí
tkaninového filtru. Během této doby se adsorbuje prach, HCl, HF, SOx, těţké kovy a
PCDD/PCDF a tak se odloučí ze spalin. Proto se v tomto zařízení mohou spalovat všechny
druhy dřevného odpadu.
Dosaţený přínos pro ţivotní prostředí: Pouţitím dřeva jako paliva z biomasy lze dosáhnout
téměř neutrální bilance CO2. Se současným vyuţitím elektřiny a tepla můţe energetická
účinnost dospět k rozmezí asi 85 – 96,6 %. Vzniká pouze malé mnoţství odpadní vody, které
pochází z úpravy odpadní vody na okruhu voda-pára. Technologie spalování umoţňuje
dosáhnout v surovém plynu nízké emise NOx a CO zároveň. Ve spojení s redukčním
opatřením jako jsou pytlové filtry, SNCR a zařízení k nástřiku sorbentu do kouřovodu lze
dosáhnout velmi nízké koncentrace všech typů znečišťujících látek.
Pouţitelnost: Technika mechanického přikládání s pohazovačem je vhodná pro široký okruh
paliv a převyšuje výkonnost fluidní technologie, zejména při vyuţití paliv s vysoce
heterogenním zrněním a kontaminanty ( jako jsou kovové součásti).
Zařízení zde popsaná se projektují zejména pro pouţití v průmyslu výroby dřevotřískových a
vláknitých desek o střední hustotě a jsou ekonomicky realizovatelná, protoţe zhodnocují
energii dřevného odpadu a pokrývají nepřetrţitou potřebu tepla. Pouţití této technologie je
rovněţ racionální v místech s podobnými charakteristikami.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Z těchto zařízení pocházejí značná mnoţství
popela. Mimoto vychází z úpravny vody odpadní voda. Také se musí adsorbent pouţitý
v zařízení k čištění spalin ukládat na skládku.
343
Provozní údaje: Tabulka 5.13 ukazuje emise do atmosféry, které pocházejí ze závodu B.
Tab. 5.13: Naměřené emise do atmosféry v roce 2000/2001
monitorování statistika hodnota naměř.
(při 11 % O2)
prach (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota 3,4-4,3 **
CO (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota 46,7-58,3 **
NOx (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota 183,9-190,7 **
C celkový (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota 1,1-2,2 **
HCl (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota 8 **
Hg (plyn) (mg/Nm3) kontinuální denní střední hodnota z
dvouhodinových
středních hodnot
0,001 **
PCDD/PCDF ng TE/Nm3
(polychlorované dibenzo-
dioxiny/furany)
kontinuální vzorkování,
jednotlivé hodnoty
průměr ze 20 dnů 0,0019
PAH (mg/Nm3)
(polycyklické aromatické
uhlovodíky)
kontinuální vzorkování,
jednotlivé hodnoty
průměr ze 4 dnů 0,0003
Cd (mg/Nm3) kontinuální vzorkování,
jednotlivé hodnoty
průměr ze 4 dnů 0,0005
As/Pb/Cu/Ni/Sn (mg/Nm3)
( v tuhých částicích)
kontinuální vzorkování,
jednotlivé hodnoty
průměr ze 4 dnů 0,053
As (mg/Nm3) kontinuální vzorkování,
jednotlivé hodnoty
průměr ze 4 dnů 0,0005
** rozmezí stanoveno na bázi tří denních středních hodnot, v lednu 2001
U zařízení C se odhaduje spotřeba na 120 000 t dřeva /rok. U zařízení B se pouţívají různé
druhy paliv v mnoţství uvedeném v souhrnu tabulky 5.14
Tabulka 5.14: Příspěvek různých druhů paliv k celkové spotřebě paliva u zařízení B
palivo dřevný
prach
odřezky
desek
dřevěné odpady z
obalů a nosných
palet
speciální paliva
(ţelezniční
praţce)
stavební
dřevo
pelety
z biomasy
příspěvek
k celkové
spotřebě
paliva
30 % 10 % 10 % 20 % max. různý různý, cca 15
000 t/rok
Velikost kusů by měla být pod 100 mm. Několik málo kusů ale můţe být aţ 250 mm.
Omezení je dáno přepravním zařízením, např. šnekovými dopravníky. Na přípravu všech paliv
pomocí štípacího zařízení pro 60 MW kotel se uvádějí náklady 0,5 EUR/t. Popel pocházející
z kotle i popílek se vyuţívají ve stavebním průmyslu.
Ekonomika: Investice na zařízení B činily 36 mil. EUR.
Motivace pro zavedení: Moţnost opětného vyuţití vedlejších produktů ekonomicky
racionálním způsobem a nutnost skladovat dřevěné odpady.
Odkaz na literaturu:/98, DFIU, 2001/; /101, Vaget, 2001/;/102, Fisher, 2000/;/78, Finkeldei ,
2000/.
344
5.3 Současná spotřeba a úroveň emisí
5.3.1 Přehled hmotnostních toků
Obr. 5.10: Příklad hmotnostních toků kotle s cirkulujícím fluidním loţem na rašelinu
5.3.2 Přehled druhů biomasy a rašeliny pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních
5.3.2.1 Biomasa
Biomasa se definuje ve směrnici o velkých spalovacích zařízeních jako produkt obsahující
buď zcela nebo jen částečně rostlinný materiál ze zemědělství nebo lesnictví, který lze pouţít
jako palivo za účelem vyuţití energie, která je v něm obsaţena a jako palivo vyuţít i
následující biomasu:
(a) rostlinný odpad ze zemědělství a lesnictví
(b) rostlinný odpad z průmyslu zpracování potravin
(c) rostlinný odpad z výroby čerstvé buničiny a z výroby papíru z buničiny
(d) odpadní korek
(e) dřevo s výjimkou dřevného odpadu, jenţ můţe obsahovat halogenované organické
sloučeniny nebo těţké kovy, jako následek ochranné úpravy nebo povlaku a které se týká
zejména takového dřevěného odpadu, který pochází ze stavebního a demoličního odpadu.
Výše vyjmenovaná paliva se také často označují jako „odpady“ a je tedy třeba zohlednit i
aspekty směrnice o spalování odpadů. To je zvlášť důleţité u určitých odpadů, na které se
pouze podle určitých kritérií směrnice o spalování odpadů nevztahuje. Největší důleţitost
náleţí výjimkám, kam spadají rostlinné zbytky z produkce jiţ pouţité vlákniny a vyuţití
kontaminovaných dřevních odpadů ze staveb/demolic. Směrnice o spalování odpadů se týká
spoluspalování takových odpadů a provozovatelé musí zajistit, aby se taková opatření
vyčerpávajícím způsobem zanesla do jakéhokoliv povolení a byla schválena.
345
Ke spoluspalování odpadu jsou uvedeny odkazy v kapitole 8 tohoto dokumentu.
Biomasa, jako je kůra, dřevěné třísky, lepenka, dřevovláknité desky nebo jiné odpadní zbytky
z buničiny nebo ty, které vznikají na pilách, obsahuje vysoké mnoţství vody a spaluje se na
speciálně vyprojektovaných nakloněných roštech (starší technika) v kotlích vybavených
systémem mechanického přikládání s pohazovačem nebo ve fluidním loţi. Ačkoliv se
chemické sloţení kůry a dřeva různých druhů poněkud liší a mnoţství znečištění a zeminy
ovlivňuje obsah popela a jeho sloţení, má biomasa pocházející z lesa a lesního průmyslu
v širokém slova smyslu určité podobné charakteristiky jako palivo.
Obsah síry je malý a obsah popela není velký (tab. 5.15). Při společném spalování s rašelinou
můţe popel ze dřeva reagovat se sírou z rašeliny a působit jako odsiřovací činidlo. Při bliţších
zkouškách se zjistilo, ţe je značný rozdíl ve vlhkosti paliv a konsistenci a to ovlivňuje
manipulaci s palivem a podmínky spalování. Všechny tyto podrobnosti je třeba zohlednit při
určování technik pro jejich skladování, přepravu, spalování a moţnou úpravu spalin.
Objevující se třídou paliva z biomasy vyuţívané v celulózkách a v papírnách i ve výtopnách je
lesní odpad, tj. malé stromky, stromové vršky a větve stromů, sváţené v souvislosti s jinými
operacemi v lese specielně na palivo.
Po dobu více neţ 20 let pokračovaly experimenty s výsadbou různých druhů odrůd (Salix)
specielně na palivo. Ekonomika těchto paliv není většinou příliš dobrá vlivem nákladů na
shromaţďování a přepravu a následně bezvýznamné mnoţství pouţívané ve velkých
spalovacích zařízeních.
Malá mnoţství lesního odpadu se v současné době obvykle pouţívají při spoluspalování
s ostatními palivy ve stávajících zařízeních, zejména ve fluidních zařízeních, která spalující
rašelinu nebo odpadní kůru. Všechna lesní biomasa není však vhodná automaticky pro
spalování dokonce ani pro fluidní loţe kotlů projektovaných pro spalování rašeliny nebo kůry.
Sláma je odpadem z pěstování obilí v zemědělské výrobě a většina roční produkce slámy se
opravdu v rámci zemědělského odvětví spotřebuje. Přebytek slámy se vyuţívá k výrobě
tepelné energie jednak v malých kotlích u rozvodného vytápění nebo větších kogeneračních
jednotkách k výrobě elektřiny a tepla do 40 MWel.
Sláma se mění na elektrickou energii a teplo v konvenčních elektrárnách, ale musí se počítat
s mnoha technickými problémy, které spočívají v charakteristických vlastnostech slámy.
Zvláštní zájem vzbuzuje poměrně vysoký obsah chloru ve slámě, který můţe způsobit váţnou
korozi na povrchu přehříváku.
Další vyuţívaná paliva z biomasy jsou např. pecky z oliv, kůra z osik, kaučukovníky a
lesknice rákosovitá. Všechna tato paliva mají poměrně vysoký obsah alkálií (Na, K).
346
Tab. 5.15: Průměrné vlastnosti různých druhů pevných dřevných paliv /60, Alakangas, 1998/
pel
ety
10
19,2
16,8
500
-750
2,3
6,2
-6,4
6,2
-6,4
<0,0
5
0,1
-0,5
pra
ch z
bro
uše
ní
5-1
5
19-1
9,2
15-1
7
100-1
50
0,5
-0,6
5
0,4
- 0
,8
6,2
-6,4
<0,0
5
0,1
-0,5
třís
ky
z ře
zače
k
5-1
5
19-1
9,2
13-1
6
80-1
20
0,4
5-0
,55
0,4
-0,5
6,2
-6,4
<0,0
5
0,1
-0,5
pra
ch z
pil
y
45-6
0
19-1
9,2
6-1
0
250-3
50
0,4
5-0
,7
0,4
-0,5
6,2
-6,4
<0,0
5
0,1
-0,5
odpad
ní
třís
ky z
pil
y
45-6
0
18,5
-20
6-1
0
250-3
50
0,5
-0,8
0,5
-2
5,4
- 6
,4
<0,0
5
0,1
-0,5
tří
sky
dře
vníh
o
odpad
u
10-5
0
18,5
-20
6-1
5
150-3
00
0,7
-0,9
0,4
-1
5,4
-6,4
<0,0
5
0,1
-0,5
bře
zová
kůra
45-5
5
21-2
3
7-1
1
300
-400
0,6
-0,8
1-3
6,2
-6,8
<0,0
5
0,5
-0,8
kůra
z
měk
kéh
o
dře
va
50-6
5
18,5
-20
6-9
250-3
50
0,5
-0,7
1-3
5,7
-5,9
<0,0
5
0,3
-0,5
štěp
iny
z
pař
ezů
30-5
0
18,5
-20
6-1
1
200-3
00
0,8
-1,0
1-3
5,4
-6
<0,0
5
0,3
-0,5
štěp
iny z
pole
n
40-5
5
18,5
-20
6-1
0
250-3
50
0,7
-0,9
0,5
-2
5,4
-6
<0,0
5
0,3
-0,5
štěp
iny
cel
ých
stro
mů
45-5
5
18,5
-20
6-9
250-3
50
0,7
-0,9
1-2
5,4
-6
<0,0
5
0,3
-0,5
odpad
tří
sek
km
enů
50-6
0
18,5
-20
6-9
150-3
00
0,7
-0,9
1-3
6-6
,2
<0,0
5
0,3
-0,5
char
akte
rist
iky
obsa
h v
lhk
ost
i
% h
m.
(% če
rstv
é t
řísk
y)
výhře
vnost
v s
uši
ně
(MJ/
kg)
výhře
vnost
při
při
jetí
(M
J/kg)
sypná
měr
ná
váh
a
při
pří
jmu
(kg /
voln
ě sy
pan
ý
obje
m m
3)
měr
ná
ener
gie
(kW
h/m
3 s
ypnéh
o
obje
muu
obsa
h p
opel
a
v s
uši
ně
(% h
m.)
obsa
h
vodík
u
v s
uši
ně
(% h
m.)
obsa
h s
íry
v s
uši
ně
( %
hm
.)
obsa
h d
usí
ku
v s
uši
ně
(% h
m.)
347
5.3.2.2 Rašelina
Rašelina je důleţitým palivem pro velká spalovací zařízení v Irsku a Finsku. Ještě na začátku
70.let byla ve Finsku rašelina jako palivo zcela bezvýznamná s podílem 0,1 % na příkonu
primární energie, ale s rostoucími cenami dováţeného paliva získala v roce 1998 silné
postavení s 6 % podílem na primárním energetickém příkonu a 16 % podílem na palivech pro
velká spalovací zařízení. Ve Finsku byla spotřeba rašeliny ve velkých spalovacích zařízeních
1,81 Mt, tj. 16 % veškerého paliva, které se v tomto zařízení pouţívá.
Tab. 5.16: Porovnání mleté rašeliny s ostatními fosilními palivy běţně pouţívanými ve
velkých spalovacích zařízeních /59, Finnish LCP WG, 2000/
charakteristiky kotelní
uhlí1)
mletá
rašelina
kůra dřevo2)
TTO zemní
plyn
vlhkost (%) 10 50 55 40 0.5 <0,1
popel v sušině (%) 14 3-6 2-3 0,4 <1 0,0
těkavá hořlavina v sušině (%) 25-35 70-80 80-90
síra v sušině (%) <1 0,5 <0,2 0,05 <1 0,0
sloučeniny dusíku v palivu (%) 1 1,7 0,5 0,5 0,3 0,05
Cl (mg/MJ výhřevnosti paliva)3 <0,1 <0,03 <0,01
As (mg/MJ výhřevnosti paliva)3 0,14 0,1 0,01 0,01 0,04
Cd (mg/MJ výhřevnosti paliva)3 0,15 0,004 0,015 0,01-1,1 - -
Hg(mg/MJ výhřevnosti paliva)3 0,003 0,003 0,1 0,001-0,009 <0,0001 -
Ni (mg/MJ výhřevnosti paliva)3 0,4 0,3 0,04 0,03 0,9 -
Pb(mg/MJ výhřevnosti paliva)3 0,5 0,3 0,15 0,1-0,7 0,06 -
sypná hustota paliva (kg/Nm3) 1350 350 350 200 987
výhřevnost syp. paliva (GJ/Nm3) 34,3 2,9 2,5 2,1 40
výhřevnost v sušině (MJ/kg) 28,7 20 19 19 40,2 48
výhřevnost (MJ/kg) 25,5 8,4 7,2 10,4 40,1 48
stechiometrie spalin (Nm3/MJ) 0,278 0,383 0,435 0,357 0,277 0,297
stechiometrie suchých spalin
(Nm3/MJ)
0,253 0,281 0,291 0,259 0,246 0,239
CO2 (g /kWh) 476,1 658,8 402,5 172,8
CO2 (g /MJ) (LHV) 90 106-118 113 100 76 54
vyrobená elektřina, měrné teplo
(kWh/kWh), (LHV)
2,3 2,3-2,7 2,3 1,8
emise CO2 /elektřinu (g /kWh) 207 244 175 96
1) export uhlí z Polska
2) třísky dřeva
3) pouze řádová číselná hodnota
Dostatečná hloubka a velikost rašelinišť vhodných pro ekonomickou produkci rašeliny se
nachází ve všech částech Finska a z toho jen malé úseky se těţí, protoţe se v ekonomicky
výhodné vzdálenosti nevyskytuje ţádná potřeba rašeliny. Rašelina je poměrně čisté palivo
charakteristické nízkou popelnatostí běţně okolo 5 % a s obsahem síry 0,5 % v sušině.
Rašelina má vysoký obsah prchavé hořlaviny a je velmi reaktivní, pokud klesne obsah její
vlhkosti pod 40 % (viz tab. 5.16).
348
Mletá rašelina těţená od května do srpna a vysoušená na slunci a větrem na vlhkost 45 – 60
% se pouţívá do značné míry v místě zpracování a následně se skladuje poblíţ. Pokud jde o
vysoký obsah vlhkosti, je rašelina srovnatelná s lignitem, zatímco v podobě suché substance
má blíţ k biomase neţ k lignitu.
Rašelina je objemné palivo s nízkou výhřevností. Proto se můţe jen málokdy hospodárně
přepravovat na vzdálenosti větší neţ zhruba 100 km. Výsledkem pak je, ţe řada zařízení
spalujících hlavně rašelinu se skládá z malé místní kogenerační jednotky nebo pouze z
výtopen pro malé nebo střední systémy rozvodného vytápění. Velký počet těchto zařízení ve
Finsku má niţší příkon paliva neţ 50 MW a jako taková je nelze zařadit mezi velká spalovací
zařízení.
Pokud jde ale o energii, největšího spotřebitele palivové rašeliny tvoří velká spalovací
kogenerační zařízení a výtopny pro systémy centrálního zásobování teplem (většinou) uvnitř
měst s počtem obyvatel mezi 50 000 aţ 200 000. V roce 1998 spotřeboval sektor zásobování
teplem celkem 0,86 Mt rašeliny, kogenerační průmyslové jednotky a výtopny spotřebovaly
0,58 Mt a dvě kondenzační elektrárny spalující rašelinu o výkonech 155 a 120 MWel.
spotřebovaly 0,40 Mt.
5.3.3 Účinnost spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu
Jak jiţ bylo uvedeno dříve, jsou mnohé elektrárny spalující rašelinu a biomasu kogeneračními
jednotkami. Kogenerace elektřiny a tepla umoţňuje se všemi výhodami vyuţít energii
obsaţenou v palivu a tudíţ je účinnost zařízení vysoká (85 – 90 %). Míru účinnosti energie
(účinnosti paliva) pro kogenerační zařízení je těţké stanovit všeobecně. Účinnost je výrazně
specificky důleţitým místním problémem s tepelným zatíţením a změnami v tepelném
zatíţení, s výší ceny a potřebou elektřiny na trhu, s pouţitou technologií atd.. Kogeneraci tepla
a elektřiny lze povaţovat za technickou moţnost volby kdekoli je to ekonomicky moţné, tj.
kdekoliv je v daném místě natolik vysoká poptávka po teple, aby zaručila výstavbu draţšího
kogeneračního zařízení namísto jednoduššího zařízení, které slouţí pouze k výrobě tepla.
Kondenzační elektrárny spalující biomasu nebo rašelinu ve fluidním loţi mají obvykle menší
velikost neţ zařízení na uhlí a tlak páry a teplota jsou mnohem niţší neţ u pokročilých
elektráren spalujících uhlí. Hodnoty měrného tepla u elektráren s fluidními kotli na spalování
biomasy a rašeliny jsou asi 3,3 – 3,6 (účinnost elektrárny je 28 – 30 %). Při výrobě elektřiny
se však provozuje na tato paliva pouze několik zařízení. Pokud se týká spalování práškové
rašeliny, dosáhlo se ve Finsku u kotle na práškovou rašelinu účinnosti 38 – 39 %.
5.3.4 Emise do ovzduší
5.3.4.1 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na biomasu
Emise ze zařízení na biomasu jsou závislé na sloţení paliva a úpravě spalin, ale (vyjma NOx)
ne na velikosti nebo technologii spalování. Oxidy dusíku (NOx) také závisejí na
charakteristikách spalování a přítomnosti systému DENOX. Eurelectric uvádí, ţe u nových
spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu jsou emise NOx mezi 300 – 400 mg/Nm3, prachu
v rozmezí 10 – 50 mg/Nm3 a kromě toho i emise SO2 při spalování rašeliny ve výši 200 – 400
mg/Nm3.
349
Tab. 5.17: Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na biomasu
(údaje představují specifické palivo z biomasy a nemusí být nutně representativní)
kapacita
(MWtep)
technika
spalování
opatř.
ke
sníţení
emisí
emise do ovzduší (mg/Nm3) Poznámky
SO2 NOx prach CO HF HCl NH3
50-100
GFSS
SNCR FGD
(ds)
FF
179-191 0,7-4,6 39-75 7,7-9,4 dioxiny: 0,0014 ng TE
/Nm3
PAH:0,003mg/Nm3
Cd =0,005 mg/Nm3
As/Pb/Cu/Ni/Zn:
0,053 mg/Nm3
celkový C:1,1-1,4
mg/Nm3
AFBC FF 2,3-2,9 164-339 2,2-4 147-178 0,04-0,1 7,3-8,8 dioxiny: 0,006-0,013
ng TE /Nm3
Cd+Tl: 0,003-0,004
mg/Nm3
Hg : 0,001 mg/Nm3
100-300 AFBC FF 10 90 10 150 5 dioxiny: 0,008 ng TE
/Nm3
PAH: 0,1 mg/Nm3
PCB: 11 mg/Nm3
vysvětlivky:
GFSS= spalování na roštu s mechanickým pohazovačem
FGD (ds) = odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu
FF= tkaninový filtr
ESP = elektrostatický odlučovač
SNCR = selektivní nekatalytická redukce NOx
SCR= selektivní katalytická redukce
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
Pm= primární opatření
PC= spalování práškového uhlí
PAH= polycyklické aromatické uhlovodíky
PCB: polychlorované bifenyly
Tab. 5.18: Měrné emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na biomasu
kapacita
(MWtep.)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
elektrická
účinnost
(%)
účinnost
paliva
( %)
emise do ovzduší (mg/MJ)
SO2 NOx prach CO HF HCl
50-100 GF
AFBC
100-300 AFBC Pm/(dávkování
vzduchu)/ESP
6 57 9
> 300
vysvětlivky:
GF= spalování na roštu
FF= tkaninový filtr
Pm (…) primární opatření ke sniţování NOx
ESP = elektrostatický odlučovač
AFBC= spalování v atmosférickém fluidním loţi
350
5.3.4.2 Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na rašelinu
Tab. 5.19: Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na rašelinu
kapacita
(MWtep.)
technika
spalování
opatření
ke
sníţení
emisí
Emise do ovzduší (mg/Nm3) Poznámky
SO2 NOx prach CO HF HCl NH3
50-100
GF
PC
AFBC
100-300
PC
AFBC FF 10 90 10 150 5 palivo: (50% rašeliny +
50% kůry)
dioxiny: 0,008 ng TE
/Nm3
PAH: 0,1 mg/Nm3
AFBC ESP 330-
450
300-350
> 300 PC
AFBC 540-620 900-1000
Vysvětlivky:
GF= spalování na roštu
FF= tkaninový filtr
ESP = elektrostatický odlučovač
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi
PC= spalování práškového uhlí
PAH= polycyklické aromatické uhlovodíky
Tab. 5.20: Měrné emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na rašelinu
kapacita
(MWth.)
technika
spalování
opatření ke
sníţení emisí
elektrická
účinnost
(%)
účinnost
paliva
( %)
Emise do ovzduší (mg/MJ)
SO2 NOx prach CO HF HCl
50-100
GF
PP
AFBC
100-300
PP
AFBC Pm:
(postupné
dávkování
vzduchu) /ESP
136 99 2
> 300 PP
AFBC
vysvětlivky:
GF= spalování na roštu
FF= tkaninový filtr Pm (…) primární opatření ke sniţování NOx
PP= spalování práškové rašeliny ESP = elektrostatický odlučovač
SNCR = selektivní nekatalytická redukce
AFBC= spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi
351
5.3.5 Odpady ze spalování a další odpady ze zařízení
Vlastnosti popela z biomasy a rašeliny
Obsah minerálních látek v popelu z rašeliny je velmi podobný sloţkám písčité půdy.
Následkem vápencového základu, na němţ se tvořily baţinaté slatiny, obsahuje popel
z rašeliny, která se pouţila jako palivo v Irsku obvykle 25 – 55 % CaO. Pouţitá technika
spalování má vliv na charakter vzniklého popela, ale určujícím faktorem je jakost rašeliny.
Rašelinový popel se vytvořil z minerálního materiálu v rašelině. Spodní (loţový) popel ze
spalování ve fluidním loţi obsahuje také písek ze spalovací komory.
Polétavý popílek z rašeliny je jemný prášek, který obsahuje hlavně kolísající mnoţství částic
oxidů křemíku, hliníku a ţeleza (65 – 75 %). Dalšími hlavními sloţkami jsou sloučeniny
alkalických kovů a kovů alkalických zemin (10 – 55 %) a nespálené částice rašeliny (0 – 5 %).
Vlivem vápencového podkladu baţinatých slatin v Irsku obsahuje popel z rašeliny obvykle asi
25 – 55 % CaO. Popílek také obsahuje stopové prvky, tj. kovy.
Popel ze spalování při injektáţi vápence
Popel ze spalování ve fluidním loţi s injektáţí vápence obsahuje konečné produkty odsiřování,
nezreagovaný oxid vápenatý a vápenec ( asi 15 % hm.).
Rozpustnost sloţek popílku
Rozpustnost stopových prvků obsaţených v polétavém popílku je důleţitým faktorem pro
posouzení potenciálních dopadů na ţivotní prostředí. Alkalické kovy a kovy alkalických
zemin (např. sodík, draslík) a další minerální prvky jako bor a chloridy jsou nejrozpustnějšími
sloučeninami. Stopové kovy z popílku jsou ve vodě slabě rozpustné.
5.3.6 Potenciální zdroje emisí hluku
Hluk z chodu provozu je běţným stálým průmyslovým hlukem. Hlavními zdroji hluku při
spalování rašeliny a biomasy v elektrárně jsou turbiny, generátory, kotle, čerpadla, ventilátory
a retranslační stanice a provozy, kde se manipuluje s rašelinou a biomasou. Většina z nich je
umístěna uvnitř provozních hal, takţe hluk se tlumí stěnami stavby. Hluk z provozu se můţe
omezit pomocí stavebních prostředků, například oplášťováním nebo protihlukovými zátarasy.
Zvláštního ochranného opatření je zapotřebí, kdyţ je třeba nařezat slámu při jejím spalování
současně s uhlím v kotlích s práškovým palivem. Při řezání slámy se obvykle pouţívá
kladivových mlýnů, (které mají vysokou hladinu hluku). Zvláštní pozornost se musí věnovat
pneumatické přepravě paliva do hořáku, která následuje.
352
5.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování biomasy a
rašeliny
Tato část představuje techniky, které se povaţují za vhodné při stanovení BAT pro prevenci
nebo sniţování emisí a ke zvýšení tepelné účinnosti. Všechny jsou v současné době komerčně
k dispozici. V této kapitole se zvaţované techniky popisují pouze povšechně, ale podrobnější
popisy většiny technik se uvádějí v kapitole 3 a některé příklady technik poskytuje část 5.2
tak, aby se podrobněji představilo jejich působení na ţivotní prostředí, kdyţ se skutečně
pouţijí. V zásadě se techniky popsané v kapitole 3 také uplatňují do značné míry při
spalování biomasy a rašeliny a mělo by se na ně také v obecném slova smyslu pohlíţet jako na
techniky, jejichţ vhodnost se zvaţuje při určování BAT. Podrobnější informace najdete
v kapitole 3.
Aby se zabránilo duplikaci v tomto dokumentu, doporučuje se vyhledat část 3.15, která se týká
EMS.
353
5.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem
Tab. 5.21: Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s palivem technika přínos pro
ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
Přeprava a manipulace s biomasou a rašelinou
zavřené
dopravní
systémy
s tkanin. filtry
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
otevřené
dopravníky se
štíty proti větru
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
otevřené pásy
dopravníku jen
pro kusový mater.
(kusové dříví)
vykládka
biomasy a
rašeliny do
uzavřených hal
s tkaninovým
filtrem ke
sníţení prachu
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
čistící zařízení
pro pásy
dopravníku
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
Skladování biomasy, rašeliny a aditiv
skladování
jemného praš.
paliva v uzavř.
prostorách
nebo silech
sníţení
jemných
částic
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
oddělené
skladování paliv
z biomasy
různé kvality
stabilizace
podmínek
spalování
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
uskladnění
vápna i vápence
v uzavřených
silech za
sníţení emisí
sníţení emisí
jemných
částic
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
izolované
povrchy
s drenáţními
systémy
prevence
kontaminace
půdy a spodní
vody
moţná moţná velká ţádný zvláštní
náklady
na úpravu
odpadní
vody
zachycenou
drenáţní vodu
nutno upravit
v usazovacích
nádrţích
štíty proti větru
při otevřeném
skladování kus.
dřeva atd.
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
skladování NH3
jako vodného
amoniakálního
roztoku
moţná moţná velká menší riziko,
neţ u stlače-
ného kapal-
ného čpavku
není k
dispozici
ŢP= ţivotní prostředí ; RE-MO= zařízení k rekonstrukci či modernizaci
354
5.4.2 Techniky pro předběţnou úpravu paliva
Tab. 5.22: Techniky pro předběţnou úpravu paliva
technika přínos pro
ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO *
sušení paliva zvýšení
účinnosti
moţná moţná omezená
zkušenost
zvýšení
účinnosti
přídavné
náklady na
sušárny
nízké teplo
z výroby
elektřiny ke
zvýšení energie
paliva;
nejúčinnější.
jsou parní
sušárny
zplyňování
biomasy
zvýšená
účinnost
zařízení a
niţší hladiny
emisí;
jako palivo
k dospalování
a ke sníţení
emisí NOx
lze pouţít
plyn
moţná, ale
dosud
pouţito
jen u
demonstr.
nebo
pilotního
zařízení
moţná, ale
dosud se
pouţilo jen
u demonstr.
nebo
pilotního
zařízení
omezená
zkušenost
v malém
měřítku je
drahé
ve střednědo-
bém horizontu
se můţe
zplyňování stát
alternativou
k běţnému
spalování
zvlášť s
očekávanou
elektrickou
účinností
51-55 %
lisování kůry zvýšená
účinnost
spalování
moţná moţná velká vysoká BSK
vypouštěné
vody a
vysoká
spotřeba
energie a
vyuţití
údrţby
355
5.4.3 Techniky spalování
Tab. 5.23: Techniky spalování
technika přínos pro
ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO *
kogenerace
tepla a
elektřiny
(CHP)
zvýšená
účinnost a
menší
spotřeba
paliva
moţná moţná velká zvýšená
účinnost
není k
dispozici
rašelina a biomasa se
dnes pouţívají hlavně
v kombinované
výrobě tepla a
elektřiny pro vysokou
účinnost paliva (75 –
90 %)
spalování na
roštu
kolísá u
různých
biopaliv
jako je
sláma
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
pohyblivý
rošt s
mechanickým
pohazovačem
vysoké
vyhoření
paliva
s nízkými
emisemi
NOx
moţná moţná pouţito
u nových
zařízení
ţádný není k
dispozici
spalování v
cirkulujícím
i stacionárním
fluidním
loţi
vysoké
vyhoření
paliva
s nízkými
emisemi
NOx
moţná moţná pouţito
u nových
zařízení
ţádný není
k dispozici
dnes hlavní technika
pro spalování
biomasy a rašeliny
spalování
práškové
rašeliny
dobrá
exergická
účinnost
moţná moţná velká není k
dispozici
356
5.4.4 Techniky ke zvýšení účinnosti
Tab. 5.24: Techniky ke zvýšení účinnosti
technika přínos
pro ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE - MO *
kogenerace
tepla a
elektřiny
(CHP)
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká není k
dispozici
rašelina a biomasa se
dnes pouţívají hlavně
v kombinované výrobě
tepla a elektřiny vlivem
vysoké účinnosti paliva
(75-90 %) ve srovnání
s elektrickou účinností,
která je běţně pouze 25
%
změna
lopatek
turbiny
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká ţádný není
k dispozici
lopatky parní turbiny se
mohou zaměnit během
pravidelných intervalů
údrţby za trojrozměrné
regenerační
ohřev
napájecí
vody
zvýšená
účinnost
moţná velmi
omezená
pouţito u
nových a
některých
stávajících
zařízení
ţádný není
k dispozici
zařízení lze také vybavit
ve speciálních
případech
regenerativním
ohřevem napájecí vody
lisování
kůry
zvýšená
účinnost
spalování
moţná moţná velká vysoká
BSK
vypouštěné
vody a
vysoká
spotřeba
energie a
vyuţití
údrţby
sušení
paliva
zvýšená
účinnost,
rozšíření
moţných
paliv z
biomasy
moţná moţná omezená ve vývoji jsou nové
technické alternativy;
zavedení systému
sušení paliva můţe
uspořit aţ 10% spotřeby
mokrého paliva jako je
rašelina nebo
energetické dřevo;
Mokré druhy biomasy
je bezpečné sklízet,
skladovat i přepravovat.
Přínosu se většinou
dosáhne, vysuší-li se
palivo těsně před
spálením
357
5.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů
Tab. 5.25: Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů technika přínos pro
ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO *
tkaninový
filtr
sníţení emisí
pevných
částic
zejména
jemného
prachu
(PM 2,5 a
PM 10)
moţná moţná velká ţádný investiční
náklady na
nový tkanin.
filtr jsou
menší neţ na
ESP, ale
provozní
náklady
jsou vyšší
ESP sníţení emisí
tuhých částic
moţná moţná velká ţádný není
k dispozici
ESP= elektrostatický odlučovač; RE-MO = zařízení k rekonstrukci či modernizaci ; ŢP = ţivotní prostředí
5.4.6 Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 ze spalovacích zařízení na rašelinu
Tab. 5.26: Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 ze zařízení spalujících rašelinu technika přínos
pro ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO*
Primární opatření
spolu-
spalování
biomasy a
rašeliny
sníţení
emisí
SO2 a
CO2
u zdroje
moţná moţná velká závisí na
typu paliva
injektáţ
vápence do
fluidních
kotlů na
rašelinu
(BFBC i
CFBC)
sníţení
emisí
SO2 a
NOx
moţná moţná velká vyšší emise
N2O
náklady se
uvádějí
u příkladu
5.2.1.1
Sekundární opatření
rozprašovací
sušárna
sníţení
emisí
SO2, HF,
HCl a
prachu
moţná moţná velká odpady je třeba
ukládat na skládku
náklady se
uvádějí u
příkladu
5.2.1.1
injektáţ
Ca(OH)2
v suché formě
před
pytlovými
tkaninovými
filtry nebo
ESP
sníţení
SO2, HF,
HCl,
prachu a
emisí Hg
(pouţije-
li se
aktivní
uhlí)
moţná moţná velká sníţení emisí SO2
zhorší moţnosti
vyuţití popílku;
vysoký podíl Ca/S
způsobí zvýšení
mnoţství
vedlejšího
produktu v ESP a
jeho jakost se
výrazně změní
není
k dispozici
pouze pro injektáţ
do topeniště
fluidních kotlů při
spalování ve
stacionárním i
cirkulujícím loţi; u
spalování ve
stacionárním
fluidním loţi se
zjistily výrazné
nánosy
358
5.4.7 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
Tab. 5.27: Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
technika přínos pro
ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO *
Primární opatření
nízký
přebytek
vzduchu
sníţení emisí
NOx, CO a
N2O a také
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká sníţení emisí
NOx vede
k vyššímu
nespálenému
uhlíku v popelu
podle
specifického
zařízení
postupné
spalování
sníţení NOx moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
přehřátý
vzduch
(OFA)
sníţení NOx moţná moţná velká vede k vyššímu
nespálenému
uhlíku v popelu
podle
specifického
zařízení
recirkulace
spalin
sníţení NOx moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
nízkoemisní
hořáky
sníţení NOx moţná moţná velká vede k vyššímu
nespálenému
uhlíku v popelu
není k
dispozici
standardní
nízkoemisní
hořáky
nejsou pro
rašelinu k
dispozici
Sekundární opatření
selektivní
nekatalytická
redukce
(SNCR) se
čpavkem
nebo
močovinou
sníţení
NOx
moţná moţná velká strhávání čpavku podle
specifického
zařízení
selektivní
katalytická
redukce
(SCR)
sníţení NOx moţná moţná velká strhávání čpavku podle
specifického
zařízení
359
5.4.8 Techniky pro prevenci a sníţené znečištění vody
Tab. 5.28: Techniky pro prevenci a sníţené znečištění vody
technika přínos pro ŢP pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO
*
Plavení škváry a přeprava
uzavřený
vodní okruh
s filtrační nebo
sedimentační
jednotkou
sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
Regenerace demineralizátorů a kondenzačních zařízení
inverzní
osmóza
sníţené
vypouštění
odpadní vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
iontoměniče sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
na 15-50 %,
demineralizace
vody
moţná moţná velká kal se musí
před
uloţením na
skládku
odvodnit
podle
specifického
zařízení
Vyplavování
neutralizace pouze v případě
pouţití alkálií
velká podle
specifického
zařízení
Vymývání kotlů, ohřívačů vzduchu a odlučovačů
neutralizace a
provoz
uzavřeného
okruhu, nebo
náhrada
suchými
metodami
čištění
sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
Splachování povrchu
sedimentace
nebo chemická
úprava a
opětné vyuţití
v závodě
sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
moţná moţná velká podle
specifického
zařízení
360
5.4.9 Techniky pro manipulaci, sniţování a opětné vyuţití odpadů ze spalování
Tab. 5.29 Techniky pro manipulaci, sniţování a opětné vyuţití odpadů ze spalování
technika přínos pro ŢP pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika pozn.
nová
zařízení
RE-MO*
Skladování, přeprava a manipulace s popelem
samostatné
skladování
spodního popela
a popílku
větší pruţnost
při opětném
vyuţití různých
frakcí popela
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
skladování
v uzavřených
zásobnících
sníţení
fugitivních
emisí prachu
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
přeprava ve
velkých pytlích
či cisternových
návěsech
sníţení
fugitivních
emisí
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
Vyuţití popela z biomasy
vyuţití popela
z biomasy
s nízkým
obsahem
těţkých kovů
jako hnojiva
opětné vyuţití
odpadů ze
spalování
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
je obvyklou praxí
oddělit jemnou
frakci popela
z biomasy, která
obsahuje velmi
vysoké mnoţství
těţkých kovů, od
hrubého popela;
jako hnojivo se
můţe pouţít jen
hrubý popel
(podle obsahu
ţivin a vlastností
půdy)
361
5.5 Nejlepší dostupné techniky BAT pro spalování biomasy a rašeliny
Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě
tohoto dokumentu a zejména k 5. části předmluvy: „ Jak pochopit a pouţít tento dokument“ .
Techniky a s nimi spojené emise a /nebo úrovně spotřeb, nebo rozmezí úrovní, které se
předkládají v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje
následující kroky:
identifikaci klíčových problémů odvětví, jimiţ jsou emise do ovzduší a vody, tepelná
účinnost a odpady ze spalování
odzkoušení technik, které nejlépe tyto klíčové problémy řeší
identifikaci úrovní nejohleduplnějšího působení na ţivotní prostředí na základě údajů
dostupných v Evropské unii a ve světě
odzkoušení podmínek, za kterých se tyto úrovně výkonů dosahovaly; jedná se o náklady,
přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro zavedení těchto technik
výběr nejlepších dostupných technik (BAT) a s nimi spojených emisí a /nebo úrovní
spotřeb pro toto odvětví v obecném smyslu slova vše v souladu s článkem 2, odstavec 11
a přílohou IV Směrnice 96/61/EC.
Klíčovou úlohu u kaţdého z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají,
hrálo posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající technické pracovní
skupiny.
Na základě takového posudku se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou
k dispozici (BAT) a pokud moţno i s nimi spojené emise a úrovně spotřeb, které se povaţují
za přiměřené pro odvětví jako celek a v mnohých případech odráţejí současné výkony
některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb spojené s
„nejlepšími dostupnými technikami“, je třeba to chápat jako mínění, ţe takové úrovně, které
představují působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění
popsaných technik v tomto odvětví při zohlednění rovnováhy nákladů a výhod, coţ je
nedílnou součástí definice BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní
spotřeby a neměly by se takto chápat. V některých případech můţe být technicky moţné
dosáhnout lepších úrovní emisí nebo spotřeb, ale se zřetelem k započteným nákladům nebo
opatřením, která se týkají přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého, je nelze povaţovat
za vhodné BAT pro odvětví jako celek.
Takové úrovně lze však povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech tam, kde je
k tomu speciální motivace.
Na úrovně emisí a spotřeb spojených s pouţitím BAT je třeba pohlíţet zároveň se
specifickými podmínkami daného místa ( např. za průměrné období ).
Pojem „ úrovně spojené s BAT“ popisované výše je třeba odlišovat od termínu „ dosaţitelná
úroveň“, pouţívaného kdekoliv v tomto dokumentu. Tam, kde je úroveň popsána jako
„dosaţitelná“ při pouţití určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako názor,
ţe lze očekávat, ţe se dané úrovně dosáhne za určité podstatné období při dobře udrţovaném
a provozovaném zařízení, nebo postupu, kdy se pouţívá těchto technik.
362
Tam, kde jsou k dispozici údaje o nákladech, uvedou se společně s popisem technik
představených v předchozí kapitole. Ty udávají hrubé údaje o velikosti započtených nákladů.
Ale skutečné náklady na uplatněné techniky budou velmi záviset na specifické situaci
zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. V tomto
dokumentu není moţné do důsledků vyhodnotit takové místně specifické faktory. Pokud
nebudou údaje týkající se nákladů k dispozici, budou závěry o ekonomické realizovatelnosti
odvozeny ze sledování u stávajících zařízení.
Je záměrem, aby se obecné BAT v této kapitole staly referenční základnou, proti které by se
posoudil současný výkon stávajícího zařízení, nebo porovnal návrh na zařízení nové. Tímto
způsobem budou napomáhat při určování vhodných podmínek zaloţených na BAT pro
zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavce 8.
Předpokládá se, ţe nová zařízení se mohou projektovat tak, aby se provozovala na stejných
úrovních jako obecné BAT zde překládané, nebo dokonce ještě lepších.
Uvaţuje se o tom, ţe stávající zařízení by se mohla postupem času přiblíţit úrovním obecných
BAT nebo lepším, coţ je v kaţdém případě závislé na technické i ekonomické
realizovatelnosti technik.
Přestoţe dokument BREF nestanoví právně závazné normy, povaţuje se za zdroj informací
pro nasměrování průmyslu, členských států a veřejnosti na úrovně emisí a spotřeb, kterých
lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Přiměřené emisní limity pro jakýkoliv
specifický případ bude třeba stanovit se zřetelem k cílům Směrnice IPPC a místním
okolnostem.
Aby se zamezilo opakování informací v tomto dokumentu, doporučuje se vyhledat část 3.15.1,
která se týká BAT v souvislosti s EMS.
363
5.5.1 Vykládka, skladování a manipulace s biomasou, rašelinou a aditivy
Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro prevenci úniků z vykládky, skladování a manipulace
s biomasou a rašelinou a také s aditivy, jako je vápno, vápenec, čpavek atd. se souhrnně
uvádějí v tabulce 5.30
Tab. 5.30 : BAT pro vykládku, skladování a manipulaci s biomasou, rašelinou a aditivy
Materiál Znečišťující
látky nebo
další vlivy
BAT
biomasa a
rašelina
prach pouţití takového vybavení pro nakládání a vykládání, které minimalizuje výšku
pádu paliva na haldy, aby se sníţila tvorba fugitivních emisí prachu, zejména
kdyţ se ukládá jemný dřevitý materiál a suchá rašelina
pouţití systémů vodního skrápění ke sníţení tvorby fugitivních emisí prachu
z prostor úloţišť
obsah vlhkosti rašeliny musí být během transportu do závodu alespoň 40 %. To
eliminuje fugitivní emise prachu, které vznikají z paliva a zmírní rychlost šíření
ohně při moţném samovznícení rašeliny
bezpečné umístění přepravních dopravníků v otevřených prostorech nad zemí
tak, ţe lze předejít poškození vozidly a dalším vybavením
vyuţití čistícího zařízení pro pásy dopravníků, aby se minimalizovala tvorba
fugitivního prachu
vyuţít pro suchou rašelinu a prašnou biomasu uzavřené dopravníky s dobře
vyprojektovaným výkonným odsávacím a filtračním zařízením v místech
překládání nákladu, aby se předešlo emisím prachu
racionalizace systémů dopravy, aby se minimalizovala tvorba prachu při
předávání v místě určení
vyuţití dobrého projektu a stavební praxe a odpovídající údrţby
kontaminace
vody skladování je třeba realizovat na izolovaném povrchu s odvodňovacím systémem
a záchytem vody a úpravou sedimentací
záchyt proudící vody (dešťové vody) z prostor skladování biomasy a rašeliny,
která odplavuje částice paliva a úprava tohoto zachyceného proudu neţ se
vypustí do recipientu ( tj. sedimentací)
stabilní
spalování provádění kontroly jakosti dodané slámy a následné ukládání údajů do
centrálního počitače
při spoluspalování několika druhů biomasy zajistit dva nebo více skladovacích
systémů tak, aby se směs přiváděného paliva mohla regulovat podle jakosti paliv
předcházení
ohni sledování skladovacích prostor biomasy a rašeliny, detekce ohně způsobeného
samovznícením a identifikace rizikových míst
vápno a
vápenec
prach pouţití uzavřených dopravníků, systémů pneumatické dopravy a zásobníků
s dobře projektovaným výkonným odsáváním a odlučovacím zařízením
v místech předávání nákladu mezi dopravníky a v místě dodávky tak, aby se
předešlo emisím prachu
čistý tekutý
čpavek
riziko pro
zdraví a
bezpečnost
pocházející ze
čpavku
pro manipulaci a skladování čistého kapalného čpavku: tlakové zásobníky pro
čistý zkapalněný čpavek >100 m3 musí být vyrobeny s dvojitými stěnami a mají
se umístit v podzemí; zásobníky o velikosti 100 m3 a menší mají být zhotoveny
za pouţití tepelné úpravy (ţíhání a chlazení materiálu)
vyuţití vodného roztoku čpavku je z bezpečnostních důvodů méně riskantní neţ
skladovat a manipulovat čistým zkapalněným čpavkem
364
5.5.2 Předběţná úprava paliva
Při předúpravě biomasy, zejména dřeva, se za BAT povaţuje vytřídění dřeva podle velikosti
kusů a dřeva kontaminovaného, aby se zajistily stabilní podmínky spalování, omezilo se
mnoţství nespáleného paliva v popelu a tak se sníţily maximální emise. V případě, ţe se
pouţije kontaminovaného dřeva, je BAT znát druh kontaminace dřeva a analytický rozbor
kontaminujících látek u kaţdého nákladu, který přichází do elektrárny. Ke zvýšení tepelné
účinnosti elektráren na rašelinu se za BAT povaţuje sušící zařízení. Ke sníţení mnoţství vody
a tedy zvýšení tepelné účinnosti kotlů spalujících rašelinu se za BAT povaţuje sušení rašeliny
na těţebních rašelinových polích.
5.5.3 Spalování
Při spalování biomasy a rašeliny se za BAT povaţuje spalování ve fluidním loţi (stacionárním
i cirkulujícím), stejně jako pro dřevo technika spalování na roštu s mechanickým
pohazovačem a pro spalování slámy vibrační, vodou chlazený rošt.
Za BAT se rovněţ povaţuje vyuţití moderního systému počitačové regulace pro dosaţení
vysokého výkonu kotle s podmínkami postupného spalování, které podporují sníţení emisí.
Pokud jde o systémy spalování na roštu u biomasy, jsou v závěrečném výroku o BAT uvedeny
pohyblivé rošty s mechanickým pohazovačem, protoţe jsou u nich obvykle nízké výsledné
emise NOx (nad 200 mg/Nm3) a CO. Při spalování slámy za pouţití vibračních, vodou
chlazených roštů se musí teplota páry udrţovat přibliţně pod 500 oC, aby se dala regulovat
koroze. U nových projektů se za BAT nepovaţují zařízení ke spalování práškové rašeliny
kvůli jejich nízké tepelné účinnosti.
5.5.4 Tepelná účinnost
Ke sniţování skleníkových plynů, zejména vypouštění CO2 ze spalovacích zařízení na
rašelinu, ale také ke sniţování mnoţství paliva ( v tomto smyslu také biomasy), kterého je
k výrobě jedné jednotky tepelné energie zapotřebí, jsou z dnešního hlediska nejlepší moţností
volby dostupné techniky a provozní opatření ke zvýšení tepelné účinnosti.
U elektráren spalujících rašelinu a biomasu se povaţuje účinnost energie za měrné teplo
(energie vstupního paliva/ mezní energetický výkon elektrárny) a za účinnost elektrárny, coţ
je zde převrácená hodnota měrného tepla tj. % vyrobené energie/ energie vstupního paliva.
Energie paliva se měří jako výhřevnost.
U závodů spalujících biomasu a rašelinu je zdaleka nejdůleţitějším technickým a
ekonomickým postupem ke zvýšení energetické účinnosti (paliva) kogenerace tepla a elektřiny
(CHP), protoţe u elektrárny spalující biomasu a rašelinu je elektrická účinnost obvykle nízká
(20 – 30 %). Kogenerace v tomto smyslu je proto nejdůleţitějším BAT opatřením, kdekoliv je
to ekonomicky proveditelné, tj. kdekoliv je místní potřeba tepla natolik vysoká, aby
garantovala výstavbu kogeneračního zařízení, coţ je nejčastější případ uplatnění v průmyslu.
Účinnost exergie (míra přeměny energie) ( viz také část 2.7.5) spojená s provozem zařízení za
podmínek BAT má hodnotu 40 – 42 %. Účinnost paliva u kogeneračního zařízení (CHP)
vyhovuje podmínkám BAT ve výši 75 – 90 %, coţ odpovídá měrnému teplu v rozmezí 1,1 aţ
1,3. Mělo by se vzít na vědomí, ţe tyto hodnoty BAT se nemohou dosáhnout za všech
provozních podmínek.
365
Energetická účinnost je nejvyšší v souladu s podmínkami projektu zařízení. Faktické
účinnosti energie v průběhu doby provozu zařízení mohou být niţší následkem změn
v zatíţení během provozu, v jakosti paliva atd. Energetická účinnost také závisí na chladícím
systému elektrárny a na spotřebě energie systému čištění spalin.
U stávajících zařízení lze vyuţít ke zlepšení tepelné účinnosti řady modernizačních technik.
Například účinnost spalování lze zvýšit předběţnou úpravou biopaliva za sníţení obsahu vody.
Sníţení obsahu vody ze 60 % na 40 % můţe zvýšit tepelnou účinnost o více neţ 10 %. Spolu-
spalování biomasy v elektrárnách na uhlí také znamená výrazně vyšší elektrickou účinnost.
Obecně je ke zvýšení účinnosti třeba zohlednit následující opatření:
spalování: minimalizace tepelných ztrát prostřednictvím nespálených plynů a ve sloţkách
pevných odpadů a odpadních zbytků ze spalování
nejvyšší moţný tlak a teplota pracovního média tj. páry
nejvyšší moţná tlaková ztráta na konci nízkotlaké části parní turbiny pomocí nejniţší
moţné teploty chladící vody (chlazení čerstvou vodou)
minimalizace tepelné ztráty pocházející ze spalin (vyuţitím zbytkového tepla nebo pro
rozvody tepla)
minimalizace tepelné ztráty ve strusce
minimalizace tepelné ztráty vedením a sáláním pomocí izolace
minimalizace vlastní spotřeby energie za přijetí vhodných opatření např. vyřazení
výparníku, větší účinnost čerpadla napájecí vody, atd.)
předehřev napájecí vody do kotle parou
zlepšení geometrie lopatek turbiny
Výše hodnot energetické (palivové) účinnosti spojené s pouţitím opatření BAT se v souhrnu
uvádějí v tab. 5.31.
Tab. 5.31: Hodnoty tepelné účinnosti spojené s uplatněním opatření BAT
palivo technika spalování jednotka tepelné účinnosti (netto) (%)
elektrická
účinnost
účinnost paliva
(kogenerace, CHP)
biomasa spalování na roštu okolo 20 75-90; závisí na specifickém zařízení a
potřebě tepla a elektřiny. Kogenerace je
nejdůleţitějším BAT opatřením
k dosaţení vysoké účinnosti paliva a
mělo by se o ní uvaţovat kdekoliv je
dost vysoká potřeba tepla
mechanický pohazovač >23
fluidní kotel (s cirkulujícím loţem) >28-30
rašelina fluidní kotel
(se stacionárním i cirkulujícím loţem)
>28-30
5.5.5 Prach
Při odprašování spalin z nových i stávajících zařízení spalujících biomasu a rašelinu se za
BAT povaţuje pouţití čištění spalin s tkaninovým filtry nebo elektrostatickými odlučovači
(ESP). V tomto smyslu je třeba upozornit, ţe pouţije-li se nízkosirných paliv jako je biomasa,
zmenší se moţnost, ţe vlivem nízké koncentrace oxidu siřičitého ve spalinách lze sníţit výkon
elektrostatického odlučovače.
366
V této souvislosti se dává přednost tkaninovým filtrům, jakoţto volbě techniky ke sníţení
emisí prachu, které vedou k emisím prachu okolo 5 mg/Nm3.
Cyklony a mechanické odlučovače samy o sobě nejsou BAT, ale lze jich pouţít jako
předřazeného odlučovacího zařízení při čištění spalin. Závěry BAT pro odprašování a s ním
spojené úrovně emisí jsou souhrnně uvedeny v tabulce 5.32. Související hladiny prachu
zohledňují potřebu sníţit jemné částice (PM 10 a PM 2,5) a minimalizovat emise těţkých
kovů, protoţe ty mají tendenci hromadit se především na nejjemnějších částicích prachu.
Úrovně emisí spojené s BAT se zakládají na denních průměrech, standardních podmínkách a
6% obsahu kyslíku a představují stav obvyklého zatíţení. Při období špičkového zatíţení,
najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních problémech se systémy čištění
spalin se musí zohlednit i krátkodobé maximální hodnoty emisí, které by mohly být i vyšší.
Tab. 5.32 : BAT pro odprašování spalin ze spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu
výkon
(MWtep.)
hladina emisí
prachu
(mg/Nm3)
BAT
k dosaţení
těchto
hodnot
monitoring pouţitelnost
na zařízení
pozn.
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 5-20 5-30 FF/ESP kontinuální nová i stávající Počítá se, ţe stupeň odprášení při
pouţití tkaninového filtru je 99,95
% nebo vyšší a proto se povaţuje za
prvořadou moţnost volby BAT pro
odprášení spalin ze zařízení na
biomasu a rašelinu. Předpokládá se,
ţe podíl odprášení při pouţití
elektrostatického odlučovače bude
99,5 % nebo vyšší
100-300 5-20 5-20 FF/ESP kontinuální nová i stávající
>300 5-20 5-20 FF/ESP kontinuální nová i stávající
Vysvětlivky: FF= tkaninový filtr; ESP = elektrostatický odlučovač;
5.5.6 Těţké kovy
Minerální obsah paliva zahrnuje různé substance v závislosti na jeho původu. Biomasa a
rašelina mají určité koncentrace stopových prvků jako jsou těţké kovy. Chování těţkých kovů
při procesu spalování znamená komplex chemických a fyzikálních procesů. V zásadě se
většina těţkých kovů při spalování odpaří a později v procesu kondenzuje na povrchu tuhých
částic (popílku). Proto se za BAT ke sníţení emisí těţkých kovů ze spalin u spalovacích
zařízení na biomasu a rašelinu povaţuje pouţití tkaninového filtru (účinnost sníţení 99,95 %)
nebo vysoce výkonného elektrostatického odlučovače ( účinnost sníţení je > 99,5 %), kde se
v hierarchii moţnosti volby BAT pro odprášení dává přednost tkaninovému filtru.
5.5.7 Emise SO2
Obsah síry v rašelině je často nízký a dřevní biomasa neobsahuje prakticky ţádnou síru.
Biomasa na bázi dřeva se proto můţe spalovat ve fluidních kotlích bez odsíření. Hladina emisí
SO2 tak závisí pouze na obsahu síry v palivu a je obvykle pod 50 mg/Nm3 ( O2= 6 %).
Při spalování rašeliny s vyšším obsahem síry nebo při spoluspalování biomasy či rašeliny
s ostatními palivy např. s uhlím, se za BAT ke sníţení emisí SO2 povaţují primární a nebo
sekundární opatření ( v závislosti na směsi paliva).
367
Dnes se obvykle v nových menších kotlích velkých spalovacích zařízení ( tj < 100 MWtep.)
pouţívá spalování ve fluidním loţi. Pro tyto kotle jsou techniky mokrého odsíření příliš drahé
na to, aby se povaţovaly za BAT a procesy suché injektáţe (odsiřování přídavkem vápence
nebo dolomitu do fluidního loţe) mohou být k tomu, aby se dosáhlo stejných hladin emisí
účinné zcela dostatečně. Vysokého podílu odsíření lze dosáhnout injektáţí suchého hydroxidu
vápenatého před tkaninový filtr nebo ESP. Docela účinná je v některých případech rovněţ
injektáţ vápence do topeniště spolu s pouţitím pračky s oxidem vápenatým. Tato opatření
také odstraňují další škodlivé emise jako je HCl. Za hladinu emisí HCl spojenou s vyuţitím
BAT se povaţuje méně neţ 25 mg/Nm3.
Stupeň odsíření u fluidních kotlů spalujících rašelinu je značně niţší neţ u fluidních kotlů
spalujících uhlí. Stupeň odsíření s nepříliš vysokým podílem Ca/S (tj. 3 – 5) jak u
stacionárního fluidního loţe, tak u cirkulujícího loţe je okolo 30 – 40 %. Odsíření u kotlů se
stacionárním fluidním loţem se nezvýší nad 45 % dokonce ani při velmi vysokých
stechiometrických poměrech Ca/S. V kotlích s cirkulující fluidní vrstvou je nejvyšší
dosaţitelný stupeň odsíření asi 80 %, ale tato technika se nemůţe povaţovat za BAT, protoţe
má velmi vysokou spotřebu vápence, coţ působí problémy u konečného produktu a je vysoce
nákladná. U fluidních kotlů s cirkulujícím loţem se dosáhne vysokého stupně odsíření ( např.
nad 80 %) při kombinaci nástřiku sorbentu do topeniště a současného vyuţití sekundárního
opatření.
U mnohých fluidních kotlů, kdy se spaluje zároveň rašelina a různé typy biomasy na bázi
dřeva (prach z pil, dřevní štěpiny, kůra atd.), lze na spoluspalování rašeliny a biomasy
pohlíţet jako na jednu z moţností volby BAT ke sníţení SO2 a současně také ke sníţení emisí
CO2 ze zařízení spalujícího rašelinu. Je to také případ, kdy při spoluspalování dřeva a rašeliny
reaguje určitá síra obsaţená v rašelině s popelem ze dřeva, který navíc ve fluidních kotlích
působí jako odsiřovací činidlo. Při současném spalování uhlí s biomasou jsou dosaţitelné
úrovně SO2 závislé do určité míry na obsahu síry v uhlí a poměrech, v jakých se oba druhy
paliva spalují.
Závěry BAT pro odsiřování a související hladiny emisí při spalování rašeliny uvádí v souhrnu
tabulka 5.33. S BAT spojené hladiny emisí se zakládají na denním průměru, standardních
podmínkách a 6 % O2 a představují obvyklý stav zatíţení. V období špičkového zatíţení,
najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních problémech u systémů čištění
spalin se musí zohlednit krátkodobé maximální hodnoty, které by mohly být i vyšší.
368
Tab. 5.33: BAT pro prevenci a sniţování emisí SO2 ze spalovacích zařízení na rašelinu
výkon
(MWtep.)
technika
spalování
úroveň emisí SO2
související s BAT
(mg/Nm3)
moţnosti volby BAT
k dosaţení těchto úrovní
(seznam není vyčerpávající)
pouţitelnost monitoring
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100
PC 200-300 200-300 injektáţ vápence,
injektáţ suchého Ca(OH)2
před tkaninový filtr nebo
ESP, FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC
(BFBC a
CFBC)
200-300 200-300 spoluspalování biomasy a
rašeliny, injektáţ vápence,
injektáţ suchého Ca(OH)2
před tkaninový filtr nebo
ESP, FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
100-300
PC 200-300 200-300 injektáţ vápence,
injektáţ suchého Ca(OH)2
před tkaninový filtr nebo
ESP, FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC
(BFBC a
CFBC)
150-250 150-300 spoluspalování biomasy a
rašeliny, injektáţ vápence,
injektáţ suchého Ca(OH)2
před tkaninový filtr nebo
ESP, FGD (sds)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
> 300
PC 50-150 50-200 FGD (wet),
FGD (sds)
Vypírání mořskou vodou,
kombinované techniky ke
sníţení NOx a SO2
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC (BFBC
a CFBC
50-200 50-200 spoluspalování biomasy a
rašeliny, injektáţ vápence,
injektáţ suchého Ca(OH)2
před tkaninový filtr nebo
ESP, FGD (sds) nebo FGD
(wet)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
Vysvětlivky:
PC= spalování práškového paliva
FGD(wet)= mokré odsiřování spalin
CFBC= spalování v cirkulujícím fluidním loţi
BFBC= spalování ve stacionárním fluidním loţi
FBC= spalování ve fluidním loţi
FGD(sds)= odsiřování za pouţití rozprašovací sušárny
5.5.8 Emise NOx
Obecně se pro spalovací zařízení na biomasu a rašelinu povaţuje za BAT ke sniţování oxidů
dusíku (NOx) kombinace primárních a/nebo sekundárních opatření (např.selektivní katalytická
(SCR) a selektivní nekatalytická (SNCR) redukce. Týká se to sloučenin dusíku jako je oxid
dusnatý (NO) a oxid dusičitý (NO2) v souhrnu označené jako NOx a zejména u fluidních kotlů
emise oxidu dusného (N2O).
Při spalování biomasy na roštu, zejména biomasy na bázi dřeva, se za BAT ke sníţení emisí
NOx povaţuje technika spalování s mechanickým pohazovačem ( tj. spalování na vzduchem
chlazeném pohyblivém roštu s pohazovačem).
369
U spalovacích zařízení na práškovou rašelinu se za BAT povaţuje kombinace různých
primárních opatření. To znamená například vyuţití moderních nízkoemisních hořáků
v kombinaci s ostatními primárními opatřeními jako je recirkulace spalin, odstupňované
spalování ( při dávkování vzduchu) a dospalování atd..
U fluidních kotlů spalujících biomasu nebo rašelinu je BAT sníţení emisí NOx dosaţené
postupným přidáváním vzduchu nebo recirkulací spalin. Existuje malý rozdíl, pokud jde o
emise u fluidních kotlů se spalováním ve stacionárním i cirkulujícím loţi. Nejniţších hodnot
emisí se dosahuje při spalování rašeliny a biomasy u kotlů s cirkulujícím fluidním loţem, ale
obě techniky se v současnosti vyvíjejí tak, ţe postupně dosahují niţších hodnot emisí bez
ţádných výrazných zjištěných rozdílů. Úrovně emisí související s vyuţíváním primárních
metod sniţování NOx ve fluidním kotli spalujícím rašelinu a biomasu jsou následující: u
stacionárního spalování 180 – 260 mg NO2/Nm3 (O2 = 6%), u kotle s cirkulujícím fluidním
loţem 155 – 260 mg NO2/Nm3 (O2 = 6%). Příčina poměrně velkého rozmezí spočívá
v kolísání obsahu dusíku v palivu ( u rašeliny mezi 0,7 – 2,5 %) a je důsledkem velikosti kotle.
Odsiřování nástřikem vápence do kotle, jak jiţ bylo uvedeno zvyšuje emise NOx o 10 – 25
mg/Nm3 (O2 = 6 %).
Kromě toho je součástí BAT selektivní nekatalytická redukce (SNCR) se zavedením čpavku
nebo močoviny do topeniště. Aby se zabránilo strhávání čpavku při technice SNCR, můţe se v
oblasti ekonomizéru u kotle instalovat nízká vrstva katalyzátoru SCR. Protoţe tento
katalyzátor zmenšuje strhávání čpavku, sniţuje také odpovídající mnoţství NOx. V kotlí
s cirkulujícím fluidním loţem lze při pouţití kombinace SNCR a SCR dosáhnout 50 mg
NOx/Nm3 při úniku čpavku pod 5 mg/Nm
3.
Vedle primárních opatření se i na techniku SCR pohlíţí jako na jednu z moţností ke sniţování
emisí NOx a proto se povaţuje za součást BAT. U zařízení spalujících slámu není moţné
techniku SCR uplatnit kvůli rychlé kontaminaci katalyzátoru tvořenými sloučeninami draslíku.
SCR se zaváděla uprostřed 90.let a nyní existuje 6 kotlů spalujících biomasu, které v odvětví
energetiky provozují SCR. Pět z nich slouţí ke kogeneraci, mají fluidní loţe (cirkulující nebo
stacionární) a jeden je malý (40 MW), spaluje směs biomasy a rašeliny na roštu a slouţí
rovněţ ke kogeneraci. U všech fluidních kotlů se povaţuje za příznivé, ţe vyuţívají kombinaci
SNCR a SCR ( pro vysokoprašné prostředí). Kotel s roštem má pouze SCR (pro nízkoprašné
prostředí). Emise NOx za SCR jsou obvykle pod 30 mg/MJ (< 90 mg/m3).
Závěry BAT pro prevenci a sniţování emisí NOx a s nimi související hladiny emisí shrnuje
tabulka 5.34. Hladiny emisí souvisejících s BAT jsou postaveny na denním průměru,
standardních podmínkách a 6 % hladině O2 a představují obvyklý stav zatíţení. V období
špičkového zatíţení, najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních problémech
u systémů čištění spalin se musí zohlednit krátkodobé maximální hodnoty, které by mohly být
i vyšší.
370
Tab. 5.34: BAT pro prevenci a sniţování emisí NOx ze spalovacích zařízení na biomasu a
rašelinu
výkon
(MWtep.)
technika
spalování
úroveň emisí NOx
vztaţených k BAT
(mg/Nm3)
moţnosti volby BAT k
dosaţení těchto úrovní
(seznam není vyčerpávající)
pouţitelnost monitoring
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100
GF 170-250 200-300 rošt s mechanickým pohazovačem kontinuální
PC
150-250 150-300 kombinace Pm (jako je
dávkování vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky atd.) SCR
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC
(BFBC a
CFBC)
150-250 150-300 kombinace Pm (jako je rozdělení
vzduchu nebo recirkulace spalin)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
100-300
PC 150-200 150-250 kombinace Pm (jako je postupné
dávkování vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky),
případně SNCR a/nebo SCR
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC
(BFBC a
CFBC)
150-200 150-250 kombinace Pm (jako je postupné
dávkování vzduchu nebo
recirkulace spalin)
nová i stávající
zařízení
kontinuální
> 300
PC 50-150 50-200 kombinace Pm (jako je postupné
dávkování vzduchu a paliva,
nízkoemisní hořáky),
případně SNCR a/nebo SCR
nová i stávající
zařízení
kontinuální
FBC
(BFBC a
CFBC
50-150 50-200 kombinace Pm (jako je dávkování
vzduchu nebo recirkulace spalin),
případně SNCR a/nebo SCR
nová i stávající
zařízení
kontinuální
Vysvětlivky:
GF= spalování na roštu
PC= spalování práškového paliva
CFBC= spalování v cirkulujícím fluidním loţi
BFBC= spalování ve stacionárním fluidním loţi
Pm = primární opatření
5.5.9 Oxid uhelnatý (CO)
BAT pro minimalizaci emisí CO je dokonalé spálení, které souvisí s dobrým projektem
topeniště, vyuţitím technik vysoce výkonného monitorování a regulace procesu a údrţbou
spalovacího systému. Vedle podmínek spalování, udrţuje nízké hladiny CO řádově v mezích
50 – 250 mg/Nm3 také správně optimalizovaný systém ke sniţování emisí NOx, kdy emise
z fluidních kotlů jsou obvykle v niţší hladině rozmezí, zatímco emise při spalování
práškových paliv a při spalování na roštu jsou poněkud vyšší.
5.5.10 Fluorovodík (HF) a chlorovodík (HCl)
Úroveň emisí spojených s BAT při spalování biomasy a rašeliny je < 25 mg /Nm3. U paliv,
kde není zapotřebí nástřiku sorbentu ke sniţování SO2 a u kterých vlastní obsah alkálií není
takový, aby se splnila hladina HCl a HF podle BAT, se za součást BAT povaţuje přídavný
nástřik alkálií.
Ve spalovacích zařízeních pouţívajících jako paliva slámu, kolísá hladina emisí HCl
v rozmezí 50 – 300 mg/Nm3 (denní střední hodnota) s obvyklou průměrnou roční hodnotou
100 mg/Nm3.
371
U větších zařízení spalujících slámu se za součást BAT povaţuje vyuţití mokré pračky nebo
systému rozprašovací sušárny, pokud se naměřila vyšší mnoţství HCl. Jak systémy mokré
metody, tak systémů rozprašovací sušárny sniţují HCl ( při účinnosti sníţení aţ 98 %). Emise
SO2, které mohou být u surového plynu ze zařízení spalujícího slámu aţ 300 mg/Nm3, se
mohou sníţit také (s účinností odsíření 80 – 95 %). V tomto případě je související hladina
emisí HCl mezi 5 a 25 mg/Nm3.
Z důvodu tvorby HCl, vede spalování slámy k vysokému riziku koroze při vysokých
teplotách, zejména v kotli u sekce přehříváku.
5.5.11 Čpavek (NH3)
Jednou nevýhodou systémů selektivní katalytické a selektivní nekatalytické redukce jsou
emise nezreagovaného čpavku do atmosféry (strhávání čpavku). Při pouţití těchto technik se
za BAT povaţuje koncentrace emisí čpavku ve výši 5 mg/Nm3.
5.5.12 Dioxiny a furany
U některých zařízení spalujících biomasu, zejména u spalovacích zařízení vytápěných dřevem
se měřily emise dioxinu a furanu a za dosaţitelnou úroveň se povaţuje méně neţ 0,1 ng těchto
emisí /Nm3.
5.5.13 Hluk
Speciální péči je třeba věnovat řezání slámy, kdyţ se spaluje spolu s uhlím v
roštových kotlích. BAT pro řezání slámy je vyuţití kladivových mlýnů (které jsou velmi
hlučné). Speciální pozornost je také třeba věnovat následující pneumatické přepravě do
hořáků.
5.5.14 Znečištění vody
Při provozu spalovacích zařízení na biomasu a rašelinu se tvoří různé proudy odpadní vody
(viz kapitola 1).Všechna opatření ke sníţení emisí do vody a předcházení kontaminaci vody,
která se uvádějí v části 5.4.8 se povaţují za BAT a v souhrnu je uvádí tabulka 5.35
372
Tab. 5.35: BAT ke sníţení kontaminace odpadní vody
Technika Hlavní přínos pro ţivotní prostředí Pouţitelnost
Nová
zařízení
Rekonstruovaná
zařízení
Mokré odsiřování spalin (pouţito pouze pokud je třeba za podmínek části 5.4.8)
Úprava vody flokulací, sedimentací,
filtrací, pomocí ionexů a
Neutralizací
Odstranění fluoridů, těţkých kovů,
CHSK a suspendovaných částic
BAT BAT
Provoz s uzavřeným okruhem Sníţené vypouštění odpadní vody BAT BAT
Míchání odpadní vody s popelem Prevence vypouštění odpadní vody BAT BAT
Plavení škváry a přeprava
Vodní okruh uzavřený filtrací nebo
sedimentací
Sníţené vypouštění odpadní vody BAT BAT
Regenerace demineralizátorů a kondenzačních zařízení
Neutralizace a sedimentace Sníţené vypouštění odpadní vody BAT BAT
Vymývání (odkalování) kotlů, ohříváků vzduchu a odlučovačů
Neutralizace a provoz uzavřeného
okruhu, nebo záměna za suché metody
čištění
Sníţené vypouštění odpadní vody BAT BAT
Splachování povrchu
Sedimentace nebo chemická úprava a
opětné vyuţití v závodě
Sníţené vypouštění odpadní vody BAT BAT
Jak jiţ bylo uvedeno v části 5.4.1, za BAT se u biomasy a rašeliny povaţuje skladování na
izolovaném povrchu s drenáţí a záchytem drenáţní vody nebo skladování v silech, či
v uzavřených skladovacích prostorách. Voda ze splachování povrchu (dešťová voda) ze
skladovacích prostor, která unáší částice paliva se zachytí a ještě před vypuštěním do
recipientu se upraví (v usazovací nádrţi). Hladina znečištění, která je spojena s BAT pro
odpadní vodu je méně neţ 30 mg/l.
Kontaminaci (promývací) vody malým mnoţstvím oleje, ke které čas od času v elektrárně
dochází nelze předejít. Jímky pro odlučování oleje jsou obvykle dostatečné, aby zabránily
jakémukoliv poškození ţivotního prostředí.
Obecně se pro tento sektor mohou povaţovat za BAT i ostatní techniky úpravy odpadní vody
popsané v kapitole 3.
5.5.15 Odpady ze spalování
Průmysl věnuje velkou pozornost vyuţití odpadů ze spalování a vedlejším produktů namísto,
aby je ukládal na skládkách. Zuţitkování a opětné vyuţití je proto nejlepší moţností volby.
Existuje značné mnoţství různých moţností pro opětné vyuţití různých vedlejších produktů.
Kaţdé z moţných vyuţití stanoví specifická kritéria na jakost popela. V tomto BREF
dokumentu není moţné uvést všechna tato kritéria. Minimálně je však třeba říci, ţe kritéria
jakosti jsou obvykle spojena s vlastnostmi sloţení popela a obsahem jakýchkoliv škodlivých
látek, jako je mnoţství nespáleného paliva v popelu, rozpustnost sloučenin těţkých kovů atd.
373
5.6 Vývojové techniky pro spalování biomasy a rašeliny
Zplyňování biomasy a rašeliny
Tlakové zplyňování v integrovaném paroplynovém cyklu zplyňování (IGCC) je jednou
s vysoce výkonných technologií, která by mohla sníţit emise, včetně skleníkového plynu, CO2
z velkovýroby energie zaloţené na pevných palivech. Rašelina je pro zplyňování ideálním
palivem, protoţe má vysoký obsah prchavé hořlaviny. Současný stav vývoje technologie
IGCC pro spalování biomasy v severských zemích je takový, ţe demonstrační jednotka se
v současné době staví ve Švédsku.
Zplyňování slámy se s úspěchem vyzkoušelo pouze při společném spalování s uhlím, takţe ke
komerční dostupnosti zařízení ke zplyňování samotné slámy je ještě třeba dalšího výzkumu a
vývoje.
374
6 Techniky spalování kapalných paliv
6.1 Pouţité postupy a techniky
6.1.1 Vykládka skladování a manipulace s kapalnými palivy
Kapalná paliva se dodávají potrubním vedením, po lodích, ţeleznicí a cisternami v závislosti
na dostupnosti přepravních systémů u ropného vrtu, v rafinerii a v místě velkého spalovacího
zařízení. Kapalná paliva se zpracovávají v rafinériích pro přímé pouţití v motorech, domácích
spalovacích systémech a ve velkých spalovacích zařízeních. Vykládání se běţně provádí
pomocí potrubí.
Topný olej se skladuje ve vertikálních ocelových válcových zásobních nádrţích
(odvětrávaných nebo s plovoucím krytem). Kapacita nádrţe se pohybuje od 1000 m3 do 100
tis. m3 v závislosti na počtu nádrţí a velikosti stanice. Nádrţe jsou obvykle umístěny po
skupinách uvnitř bunkru se záchytnou vanou, která můţe zadrţet celý objem skladovaného
topného oleje nebo jeho část (např. 50 – 75 % celkové maximální kapacity všech nádrţí, ale
přinejmenším maximální objem největší z nich) v případě úniku nebo jiného poškození nádrţí
( např. při ohni, explozi, protrţení potrubí atd.). Bunkr musí být bezvadně izolován a má mít
čidla oleje, aby se předešlo vytékání oleje do místní odtokové vody.
Úloţné zásobníky je někdy třeba vybavit v závislosti na klimatických podmínkách místa a
typu skladovaného topného oleje systémem ohřevu, aby vyhřál topný olej ( zejména těţký
topný olej) aţ na vhodnou teplotu pro jeho přepravu a aby se zajistil správný rozstřik
v hořáku, coţ je důleţitou technikou ke sniţování emisí. V takových případech se musí nádrţe
náleţitě izolovat. Existují dva druhy ohřívacích systémů, které se mohou obvykle pouţít
k zahřátí topného oleje a to: „ ohřívače u dna, které vyhřívají celý objem topného oleje nebo
rekuperační ohřívače, které jsou umístěny právě před sacím potrubím a ohřívají topný olej jen
kdyţ opouští skladovací nádrţ. Je třeba podotknout, ţe lehký olejový destilát nepotřebuje při
přečerpávání nebo rozstřiku ohřát.
Často se pouţívá odvětrávání plynů ze skladovací nádrţe zpět do dodávkové cisterny, pokud
se nepouţije volného krytu. Kdyţ se tekutina dodává, pouţívá se automatického utěsnění
hadicových spojek. Přejímkové spojky jsou umístěny uvnitř bunkru.
Obvyklou praxí jsou pravidelné kontroly obsahů nádrţí, aby se zjistily průsaky a
zkontrolovala se hladina náplně. Ke kontrole hladiny náplně se pouţívají automatické
systémy, které obsahují signální výstraţné zařízení. Čas od času se vyuţívá inertní atmosféry.
Obvyklou praxí správného řízení příslušné části závodu jsou pravidelné kontroly skladovacího
zařízení a potrubí.
Potrubí vyuţívané k dodávce kapalného paliva se připojuje na meziskladovací nádrţ. Rozvod
paliva z místních skladovacích nádrţí do hořáků se provádí obvykle nadzemním potrubím,
nebo pomocnými příkopy vyhloubenými pro potrubí, nebo méně obvykle podzemním
potrubím.
Pro ochranu nadzemního potrubí proti poškození se vyuţívají podpěry. Kdyţ se instaluje
podzemní potrubí, musí se pouţít techniky zdvojených potrubních stěn s automatickou
kontrolou meziprostoru a speciální konstrukce (např. ocelové trubky, svařované spojky
bez ventilů v podzemní části atd.).
375
Pokud existuje riziko kontaminace podzemní vody, musí být skladovací prostor nepropustný a
odolný vůči skladovanému palivu. Moţnost nebezpečí výbuchu závisí na bodu vzplanutí
kapalného paliva.
6.1.2 Předběţná úprava kapalných paliv
6.1.2.1 Předběţná úprava topného oleje pouţívaného v konvenčních kotlích
Produkty z nafty, jako je těţký a lehký topný olej, pouţívané jako palivo u velkých
spalovacích zařízení se zpracovávají v rafinériích v souladu se specifikacemi daného státu
nebo mezinárodními předpisy. Různé jakosti olejů pouţívaných u různých typů velkých
spalovacích zařízení se popisují v tabulce 6.13. Významným znečištěním při spalování
kapalných paliv je mnoţství síry přítomné v palivu. Topný olej se přesto můţe zpracovat
v rafinerii takovým způsobem, aby se sníţil obsah síry, ale techniky ke sníţení obsahu síry
v oleji nejsou součástí rámce tohoto dokumentu a proto se popisují v BREF pro rafinerie
minerálního oleje a plynů.
6.1.2.2 Předběţná úprava kapalných paliv pouţívaných v plynových (spalovacích)
turbinách
V plynové (spalovací) turbině, kde se spaluje olej, se mohou přímo pouţívat pouze rafinovaná
kapalná paliva. Před spalováním oleje v plynové turbině se musí zvýšit tlak na vstupu.
Motorová nafta, která se pouţívá jako palivo v moderních plynových turbinách, se musí
upravit, aby se sníţila koncentrace v ní obsaţeného sodíku, draslíku a vápníku a odstranily se
pevné nečistoty, které jsou jinak nebezpečné pro lopatky turbiny. Motorová nafta se upravuje
v závodě úpravy paliva, který obsahuje jednotku čištění motorové nafty buď jako samočistící
odstředivkovou jednotku nebo jednotku elektrostatického typu a všechna nezbytná čerpadla a
potrubní vybavení. Veškeré odpady ze zařízení se zachycují a vypouštějí se na úpravnu
odpadní vody.
Pokud se musí pouţít jako palivo v moderních plynových turbinách těţký topný olej (TTO),
je třeba speciálního postupu úpravy. V tomto případě zahrnuje úprava paliva ohříváky pro
ohřev neupraveného těţkého topného oleje (elektrické, nebo s parním vinutím); systémy
dávkovacího deemulgátoru pro rozráţení olejové emulze; odlučovače (odstředivku nebo
vybavení elektrostatického typu) pro odstraňování pevných nečistot v těţkém topném oleji,
zejména u paliv s vysokým obsahem popela; systémy dávkování aditiv pro zvýšení bodu
tavení produktů oxidace vanadu; a všechna nezbytná čerpadla a potrubní vybavení. Veškeré
odpady ze zařízení se zachycují a vypouštějí se na úpravnu odpadní vody.
Hlavní poţadavky na jakékoliv palivo pouţívané do plynové (spalovací) turbiny jsou
následující:
vysoká výhřevnost
vysoká konsistence vstupního tepla do turbiny
vysoká čistota
nízká korozivnost, buď jako dopad na příslušenství nebo na horké lopatky turbiny
nízká tvorba úsad a tendence k zanášení, zejména horkých lopatek turbiny
376
6.1.2.3 Předběţná úprava kapalných paliv pro Dieselovy motory
Aby se zajistilo správné přečerpávání a provozní podmínky, potřebují Dieselovy motory
nepřetrţitou dodávku čistého filtrovaného topného oleje o správném průtoku a viskozitě (u
TTO obvykle pod 730 cSt (jednotka viskozity) při 50 oC). Těţký topný olej se upravuje
v podobném zařízení jako je úpravna TTO u plynových turbin, ale s následujícími rozdíly:
pouţívají se pouze odstředivé odlučovače a elektrické a parní ohříváky pro ohřev TTO na
vhodnou teplotu (aby se dosáhlo potřebné viskozity pro nástřik, obvykle 12 – 20 cSt pro
dobré jemné rozstřikování v dýze) a v běţných případech se neuţívají systémy dávkovacího
deemulgátoru (pro rozráţení olejových emulzí) ani dávkovací systémy pro zvýšení bodu
tavení sloučenin vanadu.
6.1.3 Kotle spalující topný olej
Kotle určené ke spalování kapalných paliv jako je těţký topný olej jsou velmi podobné
kotlům, které se pouţívají pro spalování uhlí. Typický kotel na TTO ukazuje obr. 6.1.
Systémy spalování pouţívané u kotlů ke spalování kapalných paliv jsou podobné těm, kterých
se vyuţívá ve spalovacích zařízeních s uhelným palivem. K dosaţení stabilního spalování se
do kotle mechanickým způsobem nebo prostřednictvím pomocného nosiče (vzduchu nebo
páry) pod tlakem, nebo dokonce kombinací obou nastřikují jemné aerosolové kapky paliva,
které mají velikost od 30 do 150 µm.
Všechny projekty hořáků dodávají vzduch přímo. Kdyţ se pouţije těţkého topného oleje, je
třeba, aby měl v hořáku nízkou viskozitu a zajistilo se správné rozprašování paliva. K získání
této viskozity se musí těţký topný olej zahřát asi na 120 – 140 oC. K dokonalejšímu spalování
TTO se pouţívají aditiva.
Systémy spalování od stěny nebo čelní: V horizontálních systémech spalování od stěn se
palivo mísí se spalovacím vzduchem. Hořáky jsou umístěny v řadách buď pouze na čelní
stěně nebo na obou, čelní i zadní stěně. Druhý typ uspořádání se nazývá „protilehlé-
spalování“.
Systémy tangenciálního spalování nebo z rohů: Systém tangenciálního spalování je zaloţen
na představě jednoduchého obalu plamene. Jak palivo, tak spalovací vzduch se chrlí
z větrovodů v rozích vertikálního topeniště podél tangenciální linie do malého kruhu
uprostřed.
377
Obr. 6.1: Kotel na těţký topný olej /43,Wienstrom, 2001/
Existují tři hlavní technické problémy, s nimiţ je nutno počítat, kdyţ se spalují těţká paliva:
potřeba ohřáté zásoby, přeprava a přihřátí před rozstřikem vzhledem k vysoké viskozitě
TTO
jeho tendence tvořit koksové částice
tvorba korozivních úsad
První dva body se přičítají vysoké molekulové váze a asfaltenové povaze některých sloţek.
Druhý a třetí bod pramení z přítomnosti síry, dusíku, vanadu a ostatních kovů v palivu.
U emulzí vedou fyzikální účinky přídavku vody k lepším spalovacím charakteristikám se
zlepšením rozstřiku. Vznikají mikrovýbuchy jako následek tvorby, růstu a prasknutí bublin
páry v přehřáté kapce. Pokud můţe olej při spalování snést velmi vysoké teploty, mohou se
vodní kapky přehřát. Emulze kapek se nakonec rozbije vnitřní tvorbou vodních bublin a jejich
rychlým odpařením. Tento pochod se nazývá druhotný rozstřik a zvětšuje odparnou
povrchovou plochu a napomáhá promísení spalovaných médií se vzduchem. Mnoţství
pevných částic a vytvořeného kouře se minimalizuje /87, Molero de Blas, 1995/.
378
6.1.4 Průmyslové uplatnění spalovacích zařízení na olej (provozní ohřívák)
Provozní ohříváky se někdy zmiňují v souvislosti s provozem topeniště nebo přímo topnými
ohříváky. Jsou to jednotky přenosu tepla určené k ohřevu produktů z nafty, chemikálií a
dalších kapalin a plynů, které proudí potrubím. Kapaliny nebo plyny proudí skupinou trubek
umístěných uvnitř topeniště nebo ohříváku. Trubky jsou vyhřáté hořáky s přímým spalováním,
které pouţívají standardních specifických paliv jako je TTO, LTO a zemní plyn, nebo vedlejší
produkty z provozů v závodě, ačkoliv u těch můţe značnou měrou kolísat sloţení.
Vertikální topeniště by se mohla vytápět olejem s omezeným počtem hořáků s tlakovým
vzduchem. Tento systém spalování umoţňuje dobrou regulaci vzduchu, sniţuje přebytek
vzduchu, zlepšuje energetickou účinnost a sniţuje emise znečišťujících látek. Spalovací
vzduch lze předehřát způsobem, který sniţuje spotřebu energie.
Vyuţitím trubek s náplní je poněkud ojedinělé ve srovnání s ostatními typy průmyslového
vyuţití ohřevu. Zjistilo se, ţe ohřívání médií v trubkách má mnoho výhod před jejich ohřevem
v plášti topeniště. Výhody znamenají: lepší udrţitelnost kontinuálního provozu, lepší
regulovatelnost, vyšší měrné teplo, větší pruţnost, sníţení rizika ohně a vyuţití
kompaktnějšího vybavení.
Ohřev se provádí zvýšením teploty média k další následné úpravě nebo k podpoře chemických
reakcí v trubkách. Primárními způsoby přenosu tepla v provozních ohřívácích jsou radiace a
konvekce (sálání a proudění) z tepelné energie vyrobené při spalování paliva v hořácích. V
typickém provozním ohříváku můţe být kdekoliv od 1 do 100 hořáků v závislosti na projektu
a poţadavcích procesu. Hořáky mohou být umístěny ve dně; nebo na stěně v mnoha úrovních,
při spalování vertikálně dopředu; nebo na stěně při spalování radiálně do středu ohříváku /180,
Baukal a Schwarz, 2001/.
6.1.5 Spalování ve fluidním loţi (fluidní spalování)
V kotlích s fluidním loţem se kapalná paliva (např. vysoce sirný TTO nebo odpady) někdy
spalují jako doplněk jiných fosilních paliv jako je uhlí. Ve fluidním loţi dochází při zavádění
vápence k odsíření. Vzhledem k velmi malému mnoţství popela ze spalování oleje by mohla
být spotřeba vápence výrazná. Dalším účinkem jsou niţší emise NOx, které ovlivňuje nízká
teplota spalování ve fluidním loţi.
6.1.6 Vznětové (Dieselovy) motory
V 60. a 70. letech se motorový pohon elektrárny pouţíval většinou při krátkodobém provozu,
jako je pohotovostní a špičková výroba a výroba elektřiny malého rozsahu, ale dnes se pístové
motory rozsáhle vyuţívají, zejména při nepřetrţitém procesu výroby elektřiny Dnes jsou
v celém světě obvyklé jak větší elektrárny se základním zatíţením poháněné motorem
s výkonem aţ 200 MWel., tak decentralizovaná menší zařízení vyrábějící zároveň elektřinu i
teplo. Jedním z důvodů tohoto trendu je v předchozích desetiletích vývoj vysoce účinné
palivové báze a nízkorychlostních motorů vhodných pro provoz se základním zatíţením.
379
Na trhu jsou k dispozici jednotky s Dieselovými motory o střední rychlosti s příkonem paliva
aţ 50 MWtep. nebo více, Dieselovy motory na plyn (typ vysokotlaký a nízkotlaký / dvojí
palivo) s příkonem paliva aţ 40 MWtep.. Jednotky s nízkorychlostními Dieselovými motory
mají příkon paliva 130 MWtep. nebo více a jednotky s Dieselovými motory na plyn mají
příkon paliva aţ 85 MWtep..
Přesto v Evropě existuje takových jednotek v propojených systémech výroby elektřiny s
kapalnými palivy málo. Uplatnění se omezuje na izolovanější systémy (např. provozované na
ostrovech), kde neexistuje moţnost dodávky ţádného jiného paliva.
Výhody pístového motoru k tomuto druhu pouţití jsou mnohé, např. vysoká tepelná účinnost
(nízká spotřeba paliva), optimální nastavení s přizpůsobením různým potřebám zatíţení,
krátká doba montáţe, snadná údrţba a mohutný projekt.
Dalšími atraktivními výhodami elektrárny poháněné motorem, zejména z hlediska ţivotního
prostředí je, ţe tyto elektrárny mohou být umístěny v městských oblastech nebo
v průmyslových zónách těsně u spotřebitelů tepla a elektřiny. Potom je zapotřebí méně
přenosových linek a tím pádem je méně s nimi spojených energetických ztrát a potřeba
územního prostoru můţe být minimální. Kogenerační zařízení poháněná motory jsou velmi
vhodná např. pro průmyslové pouţití, pro servisní technické společnosti, pro obytné a
obchodní stavby. Teplo se můţe získat jako pára, teplá voda, horký vzduch atd..
Eventuální moţnosti volby pro zuţitkování získaného tepla jsou tepelné rozvody/chlazení,
procesy odsolování a předehřev vzduchu k určitým procesům atd.. Optimální poměr tepla a
elektřiny u zařízení s pístovým motorem je obvykle 1 (ve vysokostupňovém tepelném
zařízení) ve srovnání s nízkostupňovým tepelným systémem s charakteristickým poměrem
teplo/elektřina 3/2 nebo vyšším. V mnohých místech představuje mnoţství tepla k moţnému
upotřebení úzký profil (tj. potřeba elektřiny roste, ale potřeba tepla se nemění), takţe se
vyuţití provozu kogenerace ve vysokostupňovém zařízení můţe snadněji realizovat.
Dieselovy motory jsou palivově flexibilní a mohou pouţívat paliva jako je motorová nafta,
těţký topný olej, plyn, surová nafta, biopaliva a v některých případech dokonce i orimulzi.
U Dieselova motoru se vzduch ţene do válce a stlačuje se pístem. Do válce se vstřikuje palivo
a zaţehne se teplem stlačeného vzduchu. Hořící směs paliva a vzduchu expanduje a vytlačí
píst. Nakonec se odstraní produkty spalování z válce a tím se ukončí cyklus. Energie, která se
uvolňuje při spalování paliva se přenáší na setrvačník motoru prostřednictvím pohyblivého
pístu. Alternátor je spojen s rotujícím motorovým setrvačníkem a vyrábí elektřinu.
U provozu s těţkým topným olejem se palivo nejprve předběţně vyčistí a ještě před nástřikem
do motoru se ohřeje v systému úpravy paliva. Filtry a odlučovače v systému úpravy paliva
odstraňují z paliva nečistoty a vodu.
Těţký topný olej se předehřeje na viskozitu potřebnou pro dobrý rozstřik paliva dýzou. Tlak
kapalného paliva se zvýší asi na 1100 – 1800 barů (podle typu motoru), aby se dosáhlo při
rozstřiku dostatečně malých kapek pro rychlé a dokonalé spálení.
Pouţije-li se v provozu lehkého topného oleje, není obvykle třeba ţádného ohřevu ani filtrace.
Projekt dýzy se vstupem paliva je jedním z klíčových faktorů procesu spalování.
380
Spalování se uskutečňuje částečně při konstantním objemu se zvýšeným tlakem, přičemţ k
hlavnímu procesu spalování dochází při konstantním tlaku. Spalování není kontinuální, ale
nastává pouze během jedné části cyklu. Konečný tlak komprese a teplota jsou důleţitými
ukazateli pro zajištění dobrého spálení. Aby se předešlo poškození, musí se vymezit
maximální tlak. Materiály motoru musí snést teplotu asi 1200 oC, coţ umoţňuje maximální
teplotu cyklu 2500 oC. Účinnost tohoto druhu motoru je tedy okolo 40-50 %.
Motor pro dvojí palivo
Dvoupalivový motor je novým typem motoru na trhu vyvinutý pro země, kde je k dispozici
zemní plyn. Typ motoru je palivově mnohostranný, můţe pracovat na nízkotlaký zemní plyn
nebo na kapalné palivo jako je motorová nafta (podpůrné palivo atd.), těţké oleje atd. a můţe
se provozovat při plném zatíţení a reţimu obou paliv. Při reţimu s plynem se motor provozuje
podle principu chudého paliva, tj. ve válci je asi dvakrát víc vzduchu oproti minimální potřebě
k dokonalému spálení plynu. To umoţňuje regulovat spalování a vysoký měrný výkon válce
bez bezprostředního rizika klepání nebo samovznícení. V plynových motorech neohřívá
stlačení směsi vzduchu a plynu pístem plyn natolik, aby se nastartoval spalovací proces, proto
je třeba určité přídavné energie a ta se vkládá nástřikem malého záţehového proudu paliva
(např. motorové nafty). Protoţe kapalné palivo jako je motorová nafta má niţší teplotu
vznícení neţ plyn, je teplo ve válci těsně u vrcholu dostatečné, aby zaţehlo kapalné palivo,
coţ naopak vytváří dost tepla. aby způsobilo zapálení směsi vzduch-plyn. Mnoţství
záţehového paliva je obvykle niţší neţ 1 nebo 2 % celkové spotřeby paliva při plném zatíţení.
Kdyţ se pouţije kapalného paliva, pracuje motor podle Dieselova pochodu, pouţije-li se
plynu, pracuje podle Ottova cyklu. Zaţehnutá směs paliva a vzduchu expanduje a vytlačí píst.
Nakonec se produkty spalování odstraní z válce, čímţ se cyklus dokončí. Energie uvolněná
spalováním paliva se přenáší do setrvačníku motoru prostřednictvím pohyblivého pístu.
Alternátor je spojen s rotujícím motorovým setrvačníkem a vyrábí elektřinu /88, Euromot,
2001/.
6.1.7 Plynové (spalovací) turbiny na kapalné palivo
Plynové turbiny poháněné kapalnými palivy, jakoţto hlavním palivem (ne jako podpůrným
palivem) se v Evropě pouţívají velmi zřídka. Důvodem jsou vysoké náklady na taková
paliva, hlavně na lehký olejový destilát a namáhání, které ve srovnání se zemním plynem
kapalná paliva působí lopatkám plynové turbiny a zbývajícím systémům. Proto jsou zařízení
velmi vzácná a pouze v takových případech, kdy neexistují dodávky zemního plynu.
V současné době jsou v pouţití dva druhy plynových turbin na kapalné palivo: vysoce
výkonné průmyslové plynové turbiny a plynové turbiny odvozené od leteckých motorů, tak
zvané aero-deriváty.
Pomocí axiálního kompresoru se stlačený vzduch vhání do spalovacích komor, kde jsou
připojeny injektory paliva. Během spalovací reakce se teplota plynu zvyšuje a mezi 1000 o
C
aţ 1350 o
C pak vstupuje do turbiny. Tyto horké plyny v turbině expandují, coţ zároveň
pohání jak kompresor vzduchu, tak alternátor, který naopak vyrábí elektřinu. Při otevřeném
cyklu uspořádání unikají spalné plyny přímo do atmosféry při teplotě >450 oC. Tepelná
účinnost je potom mezi 30 – 40 %.
381
Plynové turbiny se mohou provozovat na širokou paletu kapalných paliv, jako je zbytková
topná nafta. Plynové turbiny obecně a aeroderiáty zejména běţí na destilát lehkého topného
oleje nebo na kerosin (letecký petrolej). Pro moderní projektované turbiny, které mají na
vstupu vysoké teploty, jsou specifikace výrobců na dodávky paliva velmi přísné. Vymezují
fyzikální a chemické vlastnosti paliva, které jsou nutné pro splnění poţadavků jak na strojní
zařízení, tak standardy ochrany ţivotního prostředí, zejména s ohledem na kontaminaci kovy
(sodíkem, draslíkem, olovem, vanadem, vápníkem) sírou a popelovinou.
6.1.8 Kogenerace (CHP)
Kogenerace vyuţívá k výrobě elektřiny a vyuţitelného tepla jediný proces. Kogenerace, tj.
kombinovaná výroba tepla a elektřiny (CHP) je odzkoušenou technologií a hlavně se jí
pouţívá u průmyslových zařízení, kde je potřeba jak elektřiny, tak tepla (horké vody, nebo
páry). Kromě úspory nákladů, získává kogenerace i přínosy pro ţivotní prostředí tím, ţe
účinněji vyuţívá fosilních paliv. To vede k niţším emisím, neţ jsou při oddělené výrobě
elektřiny a tepla a k optimalizaci paliva a účinnosti exergie.
Parní turbiny poháněné jakýmikoliv kotli na fosilní paliva se pouţívají pro kogeneraci
v průmyslovém měřítku jiţ po mnoho let. Vysokotlaká pára, která se získá v konvenčním kotli
se spotřebuje v turbině k výrobě mechanické energie, která se potom můţe vyuţít k pohonu
elektrického generátoru. Vyrobená elektřina závisí na tom, jak dalece se můţe sníţit tlak páry
třeba před turbinou, aby se ještě mohly splnit nároky na tepelnou energii.
Stacionární motory jsou pro kogeneraci také velmi vhodné a obecně rozšířené, tj. pro produkci
horké vody, výrobu páry ( někdy s přídavnou parní turbinou ke zvýšení elektrické účinnosti),
odsolování mořské vody, rozvodné chladící systémy a pro ohřev vzduchu. Celková účinnost
paliva je u takového druhu zařízení velmi vysoká, u některých dosahuje aţ 90 %. Poměr tepla
a elektřiny při kogeneraci je u motorů obvykle od 0,5 do 1,3. Jako příklad lze uvést měrné
emise CO2, které jsou u kogeneračních zařízení 370 g/kWh (vyrobené elektřiny + získaného
tepla) provozovaných na TTO (těţký topný olej) při účinnosti celého zařízení asi 80 % /88,
Euromot, 2001/.
U specializovaných kogeneračních zařízení by se mohly vyuţít, jak jiţ se uvádělo výše,
plynové turbiny. Průmyslové komplexy mohou vyrábět elektřinu ve stanici, kde existují
vysoké podíly tepla ku elektřině, tj. v rozmezí od 1,5 do 3.
6.1.9 Kombinovaný cyklus spalování
Myšlenka kombinovaných cyklů spalování vznikla z potřeby zdokonalit jednoduchý Joulův
cyklus účinnosti vyuţitím odpadního tepla výstupního plynu ze spalovací turbiny v parní
turbině. To je přirozené řešení, protoţe plynová turbina je poměrně vysokoteplotní stroj a
parní turbina je poměrně nízkoteplotní stroj. Kombinované systémy cyklu spalování se mohou
pouţít u kapalných paliv stejným způsobem, jakým se jich vyuţívá u jiných paliv. Těţký nebo
lehký topný olej se někdy vyuţívá při přídavném spalování v kotlích na odpadní teplo nebo
jako doplňkové palivo u zařízení spalujících zemní plyn, kde se ho můţe pouţít také jako
podpůrného paliva.
382
6.1.10 Sniţování emisí do ovzduší
Pouţije-li se těţkého topného oleje (TTO), pak vznikají ze síry a do určité míry z dusíku
obsaţeného v palivu emise NOx a SOx, které vedou ke znečišťování ovzduší. Pevné částice
pocházejí hlavně z obsahu popela a v menší míře z těţších frakcí paliva /146, UFIP, 2001/.
Přítomnost pevných částic můţe také vést u provozovatele ke zvýšení ekonomických nákladů
ze ztrát následkem nespáleného mnoţství paliva a pokud se zařízení dobře neudrţuje,
z inkrustací ve spalovacím zařízení.
6.1.10.1 Sniţování emisí do ovzduší z kotlů na kapalná paliva
6.1.10.1.1 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ TUHÝCH ČÁSTIC
Emise tuhých částic ze spalování těţkých olejů mohou obsahovat dvě hlavní frakce /87,
Molero de Blas, 1995 /:
1. Materiál vznikající z obsahu organických látek v palivu, který se nepodrobí úplnému
spálení a to:
nespálené uhlovodíky (spaliny, kouř)
tuhé částice vytvořené při spalování plynné fáze nebo pyrolýzou (saze)
látky produkované při krakování paliva nebo uhlík v popelu (koks)
2. Popel z anorganického obsahu paliva:
Z nespálených frakcí uhlovodíků z paliva můţe vzniknout kouř, který odchází ve formě jemné
mlhy. Takové frakce uhlovodíků jsou zbytky zmrazených reakcí při tepelném ochlazení.
Emise nespálených uhlovodíků jsou nejvyšší při vysokých molárních poměrech (za podmínek
bohatého paliva). Jejich hlavním působením na ţivotní prostředí je jejich reakce s NOx a
slunečním světlem v atmosféře za tvorby fotochemického smogu.
Saze se tvoří při reakcích plynné fáze odpařené organické hořlaviny při sloţitých pochodech,
které zahrnují pyrolýzu paliva, polymerační reakce, štěpení jader, růst částic a vyhoření.
Kapky paliva spalované v obalu plamenů se podrobují velmi vysokým teplotám, coţ vede
k odpařování paliva a tepelnému štěpení velkých molekulárních struktur a vznikají tedy
sloučeniny s vyšším podílem C/H neţ má zdroj paliva.
Saze se tvoří nejpravděpodobněji za podmínek bohatého paliva a běţně se úplně spálí, jak se
smísí se vzduchem za velmi vysoké teploty ve vysoce oxidační zóně, např. kdyţ se injektuje
do spalovací komory plynové turbiny sekundární vzduch.
Částice koksu se tvoří při pochodech v kapalné fázi a obsahují veškerý uhlík mimo ten, který
tvoří součást sazí a také z části popelového materiálu. Takové částice jsou téměř sférické, duté
a porézní a mají velikost od 1 do 100 µm.
Při spalování těţkých olejů jsou hlavním problémem úsady popela a koroze. Vanad a sodík
jsou nejškodlivější prvky, jeden tvoří oxid vanadičný V2O5 a druhý síran sodný Na2SO4.
Úsady popela ohroţují přenos tepla na kovové povrchy a způsobují korozi spalovacího
zařízení a tak sniţují ţivotnost strojního vybavení. Hodnoty uvedené v literatuře /87, Molero
de Blas, 1995/ ukazují, ţe pouhých 0,32 cm silná úsada můţe způsobit 10 % sníţení výkonu
turbiny.
383
Tuhé částice způsobují korozi, erozi a abrazi a ty sniţují ţivotnost zařízení. Částice uhlíku
mohou také zvyšovat radiační výkon plamene, coţ poškozuje materiály spalovací komory.
Kromě toho dochází k ekonomické ztrátě vlivem nespáleného materiálu, který unikl do
ovzduší, coţ znamená sníţení účinnosti paliva / 87, Molero de Blas, 1995/.
Kvůli dopadům uvedeným výše jsou důleţité optimální podmínky spalování k tomu, aby se
minimalizovaly tuhé částice a tvorba popela. Viskózní palivo se musí před nástřikem předem
ohřát. Aditiva se spojují se sloţkami paliva a produkty spalování za tvorby pevných
neškodných produktů, které procházejí neškodně spalovacím zařízením a můţe se jich vyuţít
k podpoře optimálních podmínek spalování. Aditiva by mohla značně sníţit mnoţství
nespáleného uhlíku v zachyceném popelu a to na hodnotu asi 5 % hmotnostních. Pokud jde o
obsah nespáleného uhlíku v popelu, je cílem dosáhnout co moţná nejlepšího vyhoření, aby se
dosáhlo optimální účinnosti nebo zuţitkování paliva. Ale podle technických charakteristik i
parametrů paliva se můţe objevit vyšší obsah nespáleného uhlíku v popelu i při spalování
TTO. Popely s vysokým obsahem uhlíku jsou černé, zatímco ty, které mají nízký obsah uhlíku
jsou ţluté nebo šedé.
U starších kotlů spalujících olej se montují hořáky s mechanickým rozstřikem. Zlepšený
projekt hořáků s rozstřikem páry poskytuje účinnější spalování TTO a vede k niţším emisím
tuhých částic. V surovém plynu lze dosáhnout koncentrace emisí tuhých částic (před
odprášením), která je niţší neţ 100 mg/Nm3, ačkoliv to značně závisí na obsahu popeloviny
v TTO. Mnoţství tuhých emisí lze dále sníţit pouţitím sekundárního opatření, jakým je
odprášení v elektrostatických odlučovačích.
Emise tuhých částic se běţně odloučí v elektrostatickém odlučovači (ESP). Obvykle se částice
v ESP zachytí v suché formě a potom se mohou uloţit na zabezpečenou skládku . Popel, který
pochází ze spalování topného oleje by mohl mít vysoký obsah nespáleného uhlíku a v tom
případě se můţe spálit. Při dobrých podmínkách spalování se u kapalného paliva získá
v popelu nízký obsah uhlíku (niţší neţ 20 %) a můţe se proto ukládat na zabezpečenou
skládku. Na popílek ze zařízení spalujícího olej se pohlíţí jako na nebezpečný odpad.
6.1.10.1.2 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ SO2
Síra se obvykle nachází v uhlovodíkových palivech v maximálním obsahu aţ 3 % hmot. a
většinou v organické formě, ačkoliv také existuje jako anorganické sloučeniny. Těţké topné
oleje obvykle obsahují vyšší mnoţství síry neţ ostatní naftové produkty, protoţe ta má
tendenci se koncentrovat ve zbytkových odpadech zároveň se sloţkami vyšších uhlovodíků
(asfaltenů) během procesu rafinace.
Při vysokých teplotách a obvyklých koncentracích kyslíku se síra při spalování spojuje
s uhlíkem, vodíkem a kyslíkem za tvorby SO2, SO3, SO, CS, CH, COS, H2S, S a S2. Za těchto
okolností je většina síry čtyřmocná, přičemţ převaţující sloučeninou síry, která při spalování
vzniká je SO2 a asi 0,1 % síry je jako SO3; zbytek síry přechází na SO.
Při niţších koncentracích kyslíku (40 % deficit) se vyskytují ve výrazných podílech také H2S,
S2 a HS, zatímco SO3 je zanedbatelný. Během spalování jsou tyto sloučeniny v přebytku.
Kdyţ se plyny ochladí, jejich podíly klesají a rovnováha se můţe ustavit, ještě neţ produkty
dosáhnou laboratorní teploty /Molero de Blas, 1995/.
384
V plamenech bohatých na kyslík a v plamenech s upravenou stechiometrií vzduchu a paliva,
která je velmi podobná běţnému provozu v kotlích, je přítomen SO2 a velmi malé mnoţství
SO3. Obsah oxidu sírového musí být co nejniţší, aby se minimalizovala tvorba H2SO4.
Kyselina sírová je zodpovědná za korozi nejchladnějších částí kotle.
Záměna za nízkosirný olej by mohla být technikou, která můţe mít výrazný přínos ke sníţení
emisí SO2. Sníţení obsahu síry v oleji o 0,5 % vede při 3 % kyslíku v odpadním plynu ke
sníţení emisí na hodnotu asi 800 mg/Nm3.
Spoluspalování, tj. současné spalování kapalného a plynného paliva nebo kapalného paliva a
biomasy můţe být rovněţ technikou, která by mohla podstatně přispět ke sníţení emisí SO2 s
výrazným účinkem na místní znečištění ovzduší. Spoluspalování by mohlo spočívat ve
stejném hořáku nebo v různých hořácích umístěných ve stejné spalovací komoře.
Při sniţování emisí SO2 u kotlů spalujících kapalná paliva, zejména u těch, co spalují těţký
topný olej, pouţívají některé závody mokré odsiřovací metody. Obr. 6.2 ukazuje mokrou
pračku pouţitou u kotle na TTO v Rakousku. Mokrá metoda odsiřování s konečným
produktem sádrovcem je nejlepším prováděným odsiřovacím pochodem. Nicméně jej
z ekonomických i provozních důvodů nelze uplatnit u kotlů malé a střední velikosti. U kotlů
těchto velikostí se můţe odsiřování odpadního plynu provádět suchými metodami s vápnem
nebo vápencem, polosuchou metodou s vápnem, postupem s aktivním uhlím nebo metodami
se sodou a uhličitanem sodným.
Suché odsiřování by se mohlo zdokonalit řízením „volného tahu“ uvnitř kotle, který za
konstantní teploty prodluţuje dobu styku mezi sorbentem a odpadním plynem. Volba mezi
výše uvedenými pochody závisí na poţadované účinnosti odsíření a místních podmínkách, tj.
hlavně vyuţívání nebo ukládání vedlejších produktů a odpadů z odsiřování na skládku.
385
Obr. 6.2: Mokrý proces odsiřování spalin u kotle na těţký topný olej / 43, Wienstrom, 2001/
6.1.10.1.3 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ NOX
U konvenčních paliv závisí podíl tvorby NOx velmi výrazně na teplotě plynu a mnoţství
dusíku v palivu. Obojí charakterizuje nejdůleţitější cesty vzniku NOx. Tepelné NOx se
mohou regulovat prostřednictvím sniţováním špičkové teploty plamene (např. vymezením
zatíţení spalovací komory). Koncentrace NOx na výstupu z kotle spalujícího olej naznačuje,
ţe se koncentrace NOx sniţuje s poklesem přebytku vzduchu. U koncentrace NOx
v kouřových plynech hraje také důleţitou roli velikost kotle. Takové faktory jako je metoda
spalování mají malý význam.
U kotlů spalujících olej je obvyklý přebytek vzduchu v rozmezí 2 – 4 % O2 ( ve spalinách).
Niţší přebytek spalovacího vzduchu lze stanovit na 1 – 2 % O2. Tato technika se málokdy
pouţívá samostatně, ale velmi často se jí vyuţívá ve spojení s nízkoemisními hořáky, nebo
přehřátým vzduchem.
V kotlích spalujících olej nebo plyn se častěji neţ u kotlů na uhlí pouţívá recirkulace spalin.
Tato technika se často pouţívá v kombinaci s nízkoemisními hořáky a/nebo s přehřátým
vzduchem, přičemţ společně dosahují 60 – 75 % denitrifikace proti původním hodnotám
emisí NOx.
Mezi všemi technikami postupného dávkování vzduchu se nejobvykleji pouţívá u kotlů
spalujících olej hořáků BOOS (hořáky mimo provoz) a přehřátého vzduchu (OFA).
386
U moderních projektů pro přehřívání vzduchu (optimalizovaný projekt dýz, samostatný a
vířivý proud vzduchu) můţe dojít v jednotkách s tangenciálním spalováním ke sníţení NOx aţ
o 60 %. Typ hořáků s recirkulací spalin se pouţívá v kotlích spalujících topný olej
přizpůsobených k různým typům nízkoemisních hořáků /146, UFIP, 2001/ a dosahují 20%
odpovídajícího sníţení emisí NOx. Klíčovým bodem při projektování účinných nízkoemisních
hořáků spalujících topný olej je zajistit dobrý rozstřik topného oleje (nafty) spojený
s aerodynamikou hořáku tak, aby se nezvyšoval podíl uhlíku v popelu, přestoţe klesají NOx.
Moderní projekty nízkoemisních hořáků s náleţitým systémem rozstřiku oleje mohou
dosáhnout 50 % sníţení NOx. U zařízení spalujících olej jsou limity při sníţení emisí NOx
nízkoemisními hořáky obecně 370 – 400 mg/Nm3 ( při 3 % O2).
U kotlů spalujících olej se můţe zavést dospalování / 146, UFIP, 2001/ plynem nebo olejem
jako dospalovacím palivem. Častěji neţ oleje se pouţívá plynu. Dospalování je zajímavé pro
nové elektrárny, ale je méně přijatelné pro stávající jednotky. Mnoho stávajících kotlů na olej
se v nedávných letech dovybavilo dospalováním plynem nebo olejem (např. Itálie má
jednotky od 35 do 660 MWel.). Je důleţité si povšimnout, ţe tyto jednotky byly jiţ vybaveny
alespoň přehříváním vzduchu a zároveň recirkulací spalin a některé z nich i nízkoemisními
hořáky. Podíl paliva k dospalování je 10 – 20 % celkového tepelného příkonu. Při dospalování
olejem je odpovídající sníţení NOx 50 – 80 % oproti původní hladině a při dospalování
plynem je 65 aţ 80 % .
Sekundární opatření jako jsou systémy selektivní katalytické a selektivní nekatalytické
redukce se pouţily u řady zařízení spalujících olej. V Evropě se systémy SCR pouţívají
zejména v Rakousku, Německu, Itálii a Nizozemí, přičemţ mimo Evropu se většinou
vyuţívají v Japonsku. Technologie SCR se úspěšně odzkoušela v elektrárnách spalujících
kapalná paliva.
Procesy selektivní nekatalytické redukce (SNCR) se mohou uplatnit u kotlů na olej o
jakékoliv velikosti. Tyto procesy vyuţívají jako redukčních činidel kapalný a plynný čpavek
i kapalnou a pevnou močovinu. Jedno z těchto redukčních činidel se nastřikuje do spalovací
komory kotle v místech, kde je teplota okolo 900 ºC. Při pouţití SNCR je třeba dobře znát
rozdělení teplot ve spalovací komoře za všech poměrů a správně regulovat mnoţství
injektovaných látek. Regulace lze dosáhnout monitorováním čpavku nebo NOx, přičemţ
sníţení NOx můţe dosáhnout 60 % při strhávání NH3, které je niţší neţ 10 ppm.
6.1.10.2 Sniţování emisí do ovzduší z provozních ohříváků na kapalná paliva
Emise NOx, SO2 a prach, které pocházejí z široké palety paliv, jeţ se mohou pouţívat
k získání tepla z provozních ohříváků, se vypouštějí do ovzduší. K jejich sníţení se pouţívají
následující strategie /180, Baukal a Schwarz, 2001/:
modifikace spalování (primární opatření): Existuje řada metod, které se vyuţívají při
modifikaci spalovacího procesu. Rozšířenou metodou je projekt nízkoemisního hořáku. U
jiných spalovacích zařízení se ke sníţení tvorby emisí NOx pouţívají nízkoemisní hořáky
k předběţnému směšování, postupnému dávkování vzduchu a odstupňovanému dávkování
paliva. Další způsoby zahrnují nízký přebytek vzduchu, postupné dávkování, recirkulaci
spalin, injektáţ vody nebo páry a dospalování (např. zemním plynem). Emise NOx se
mohou také sníţit například minimalizací přisávání vzduchu do ohříváku.
387
Přisávání vzduchu, někdy také označovaného jako „ bludný vzduch“, do ohříváku
ovlivňuje přebytek vzduchu a můţe ovlivnit emise NOx. Dalším přínosem ze sniţování
přebytku vzduchu je zvýšení tepelné účinnosti, ke kterému dochází, protoţe nenastává
ţádná absorpce tepla vzduchem, který by potom odcházel komínem, aniţ by se podle
projektu účelně vyuţil.
spoluspalování oleje a plynu: spoluspalování oleje a plynu se u provozních ohříváků
vyuţívá z několika důvodů:
- sniţují se emise SO2
- modifikací profilu plamene se optimalizuje přenos tepla do potrubního vedení
- vyuţívá se kouřového plynu, který by se nemohl vypouštět z chemických závodů
nebo rafinérií
koncová úprava (sekundární opatření): Nejobvyklejším sekundárním opatřením při
spalování těţkého topného oleje (TTO) je selektivní katalytická redukce (SCR), selektivní
nekatalytická redukce (SNCR) a odprašovací zařízení, jako je elektrostatický odlučovač
(ESP). Kdyţ se spaluje TTO, můţe se ke sníţení emisí SO2 pouţít rovněţ mokré nebo
suché metody odsiřování spalin. Jednou z výhod sekundárních opatření je, ţe se můţe celý
proud spalin upravit najednou, čímţ se dosáhne ekonomické úspory.
6.1.10.3 Sniţování emisí do ovzduší z motorů (Dieselových) na kapalná paliva
Hlavními znečišťujícími látkami, které emitují ve spalinách z typického Dieselova motoru
spalujícího těţký topný olej (vznětový motor) jsou oxidy dusíku (NOx), tuhé částice (PM) a
oxidy síry (SOx). Díky vysoké účinnosti vyplývající z vysoké teploty spalování, jsou emise
oxidu uhelnatého (CO) a nespálených uhlovodíků nízké. Motor na dvojí palivo při reţimu
plynu má nízké emise oxidů dusíku (NOx) a emituje něco uhlovodíků a oxid uhelnatý (CO).
6.1.10.3.1 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ TUHÝCH ČÁSTIC
Kdyţ se spaluje těţký topný olej, obsahují emise tuhých částic hlavně popel z topného oleje a
v menší míře i saze, uhlovodíky a sírany. Kdyţ se spaluje lehký topný olej, obsahují emise
tuhých částic hlavně saze a uhlovodíky. Pro větší Dieselovy motory se v současné době vyvíjí
zařízení ke koncovému odprašování spalin. Vlivem rozdílné teploty a obsahu kyslíku
ve spalinách z nafty se liší elektrické vlastnosti částic z naftového motoru (jako je např.
odpor, atd.) od tuhých částic ze spalin kotle a je třeba, aby se elektrostatický odlučovač ještě
před uvedením na trh náleţitě otestoval.
V kotli velkého spalovacího zařízení se spalují vysoce viskózní oleje s vysokým obsahem síry.
Je-li u těchto velkých spalovacích zařízení zavedeno mokré odsiřování spalin, vyuţívá se
elektrostatického odlučovače s mokrou technikou odlučování jako předřazené úpravy
k odstraňování tuhých částic.
Tkaninový filtr (pytlový filtr) se musí na povrchu vybavit ochrannou vrstvou, aby dosáhl
dostatečně vysokého podílu odloučení tuhých částic. Kdyţ se spaluje olej, je tato vrstva tenká
a výkon filtru není efektivní.
388
6.1.10.3.2 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ SO2
Emise oxidů síry souvisejí s palivem ( jsou úměrné obsahu síry v palivu). Primární metodou
ke sníţení emisí SOx je pouţití paliva s niţším obsahem síry, kdekoliv je to komerčně moţné.
Existuje pouze několik zařízení DESOX (odsiřovacích), kterých se jiţ vyuţívá u naftových
motorů a většina z nich jsou zařízení malá nebo střední velikosti pouze s omezenými
zkušenostmi z provozu.
Je také třeba poznamenat, ţe spaliny z naftových motorů se liší od spalin kotlů, mají například
vysoký obsah kyslíku, coţ můţe mít dopad na reakce v DESOX zařízení.
Investiční náklady na odsiřovací zařízení (DESOX) se značně liší podle typu vybrané metody.
Provozní náklady jsou závislé hlavně na mnoţství a druhu reakčního činidla, na spotřebě vody
a elektřiny, údrţbě a nákladech na zneškodnění spalných produktů. Aby systém DESOX
pracoval optimálně, potřebuje náleţitou údrţbu. Je také rozměrný a proto elektrárna potřebuje
větší prostor. Je třeba si rovněţ povšimnout, ţe následkem vysokého měrného průtoku spalin
z naftového motoru (λ obvykle asi 2,7), bude velikost zařízení DESOX poměrně velká.
Většina odkazů k zařízení DESOX pro elektrárny s naftovými motory se týká mokrých
praček, které vyuţívají jako reakčního činidla vodného roztoku NaOH ( asi 50 % hm.).
Spaliny se vypírají vodným roztokem reakčního činidla a odstraní se SO2. Hlavními
součástmi systému je zásobní nádrţ s reakčním činidlem a systém vedení, pračka
s recirkulačním čerpadlem a oxidační nádrţ.
Některé výhody mokré pračky vyuţívající jako reakčního činidla vodného roztoku NaOH
jsou:
jednoduchost
spolehlivost ( není riziko nánosů)
dobrá účinnost odsíření
nízké investiční náklady ve srovnání s ostatními metodami odsiřování (bez nákladů na
úpravu konečného produktu a na ohřev vyčištěných spalin, coţ závisí na uplatňované
legislativě)
Některé nevýhody jsou:
drahé reakční činidlo
nepříliš vysoká účinnost odprášení spalin
nízká teplota výstupního plynu (coţ vadí rozptylu spalin)
vysoká spotřeba vody
velký proud vypouštěné vody („vedlejší produkt“)
Ve velkých elektrárnách s naftovými motory často lépe vyhovují jiné metody DESOX, neţ je
pouţití NaOH ( mnohé motorové jednotky se mohou připojit na stejnou odsiřovací jednotku a
následně úměrně klesnou investiční náklady) vlivem niţších provozních nákladů ( s levnějším
reakčním činidlem atd.)
389
Všechny odsiřovací metody potřebují velká mnoţství přiváděné vody a produkují velké
mnoţství konečných (vedlejších) produktů, které je nutno zneškodnit způsobem ohleduplným
k ţivotnímu prostředí. Moţnost volby zneškodnění vedlejších produktů závisí na místních a
státních normách a na stávající infrastruktuře. Proto je třeba se rozhodovat případ od případu.
6.1.10.3.3 SNIŢOVÁNÍ EMISÍ NOX
Nákladově efektivní a technicky vhodná primární opatření a sekundární technologie čištění
spalin jsou dnes předmětem, na který se soustřeďuje vývoj. Pouţití primárních metod ke
sniţování emisí do ovzduší u zdroje se většinou dává přednost před jejich odstraňování z
výstupního plynu aţ kdyţ se vytvoří, coţ je často spojeno s velkými výdaji. Během
posledního desetiletí se emise NOx z velkých naftových motorů na kapalná paliva výrazně
sníţily působením primárních opatření jako výsledku rozsáhlé práce výzkumu a vývoje
v oblasti motorů a dokonce se udrţuje jejich vysoká účinnost.
Některá opatření zahrnují:
taková primární opatření u naftových motorů na kapalná paliva, jako je optimalizace
základního motoru s nízkými NOx, s opoţděným nástřikem paliva, přídavnou vodou
(injektáţ vody přímo do spalovacího prostoru nebo vody do paliva za vzniku emulze, nebo
zvlhčování spalovacího vzduchu)
motor na dvojí palivo (v reţimu plynu) často vyuţívá techniky chudého plynu a následkem
toho jsou emise NOx niţší
sekundární metodu pouţívanou u naftových motorů, tj. SCR (selektivní katalytická
redukce)
Podle hledisek uvedených výše se technická opatření ke sníţení emisí NOx mohou rozdělit na
primární opatření a úpravu výstupního plynu.
Koncepce spalování s nízkými NOx: Jedním prvkem koncepce spalování s nízkými NOx je
načasování velmi pozdního vstřikování paliva. Při této metodě zpoţděné injektáţe se sníţí
špičková teplota spalování. Původní nevýhodou této metody byla zvýšená měrná spotřeba
paliva, takţe se znova nastavila nízká spotřeba paliva, zvýšil se jako protiopatření kompresní
poměr motoru, coţ se projevilo jako niţší emise NOx a ţádný následek na spotřebě paliva se
neprojevil.
Načasování velmi pozdního nástřiku paliva v kombinaci s vysokým poměrem komprese
vyţaduje sofistikovanou úpravu intenzity vstřiku stejně jako náročnou technickou přípravu
projektovaného tvaru spalovací komory. Sofistikované vybavení pro injektáţ paliva je dále
klíčovým prvkem této techniky. Nepřetrţitý vývoj technologie sloţek naftového motoru
umoţnil dále optimalizovat naftový cyklus podle Millerovy koncepce. Podle této koncepce
bude pokračovat práce na vývoji některých sloţek, jako je proudové vstřikovací zařízení,
čerpadlo pro vstřikování paliva, palivové dýzy a vačková hřídel.
Vyuţití nízkoemisního spalování v kombinaci s Millerovou koncepcí sníţí NOx u dnešních
motorů aţ o 40 % oproti stejnému typu motoru ze začátku 90.let a přitom se udrţí vysoká
účinnost.
390
Opoţděním počátku injektáţe za sníţeného tlaku při spalování je jednoduchou cestou ke
sníţení emisí NOx. Sníţí se špičková teplota spalování a spalovací proces se progresivně
posune k procesu expanze. U moderního motoru se NOx sníţí touto metodou o 10 %.
Rychlost motoru: Emise NOx jsou závislé na rychlosti motoru. Účinné palivo, velký plnící
otvor a nízká rychlost motorů směřují k vyšším emisím NOx, neţ mají rychleji běţící menší
motory. Kdyţ je rychlost motoru niţší, jsou ve spalovací komoře vyšší koncentrace NOx
následkem delší doby, která je k dispozici pro vytvoření NOx.
Vyuţití recirkulace spalin: Recirkulace spalin můţe být účinnou metodou ke sníţení emisí
NOx z motorů s velkým nástřikovým otvorem, ale to vyţaduje vyřešit určité problémy
spojené s chlazením a čištěním spalin před jejich recirkulací v motoru. Recirkulované plyny
obsahují hlavně oxid uhličitý, dusík a vodní páru, coţ napomáhá sniţování teploty hořícího
plamene. Vyčištění spalin vede ke kyselým znečišťujícím látkám a olejovému kalu, které se
musí zneškodňovat nebo upravit. Jakékoliv stopy kyseliny sírové, které zbývají ve
vyčištěných spalinách mohou mít dopad na proudové vstřikovací zařízení, kompresory a
vzduchové chladiče. Uvádí se, ţe při 15 % recirkulaci spalin se dosáhlo sníţení NOx aţ o 50
%. Při uplatňování recirkulace spalin je ale třeba vzít v úvahu výše zmíněné problémy.
Injektáţ emulze paliva s vodou: Sníţení NOx lze získat přídavkem čerstvé vody do paliva a
vytvořením emulze, která se pak dopraví do motoru. Emulze paliva s vodou se nastřikuje
pomocí stávajících nástřikových čerpadel. Mnoţství nastřikované vody závisí na provozních
podmínkách. Naprogramovaná regulační jednotka řídí proces směšování. Tato metoda vnáší
vodu přesně, kdyţ je to zapotřebí a optimalizuje mnoţství injektované vody.
Toto mnoţství je omezeno kapacitou nástřikového zařízení motoru. Účinek vody, coby
inertního plynu sniţuje teplotu ve spalovací komoře, coţ potom sniţuje tvorbu NOx a také
tepelné zatíţení sloţek v proudu výstupního plynu. Související dopad v podobě zvýšené
spotřeby paliva se pohybuje mezi 0 – 1 % na kaţdých 10 % nastřikované vody. Sníţení NOx
je téměř přímo úměrné rostoucí injektáţi vody. Je moţné sníţit emise NOx o 20 – 30 %. Toto
řešení také můţe ovlivnit zbývající škodlivé sloţky ve výstupním plynu z naftového motoru,
omezením nespálených emisí CO a uhlovodíků, jak se uvádí při provozu za pouţití
plynového oleje. Kvalita emulze je důleţitá, protoţe bubliny páry v ohřátém těţkém topném
oleji mohou poškodit nástřikový systém.
Přímá injektáţ vody: Přímá injektáţ vody se můţe vyuţít jako alternativa k emulgaci paliva.
V závislosti na druhu motoru lze dosáhnout aţ asi 40 – 60 % sníţení NOx. Ale přímé
injektáţe vody lze pouţít pouze u některých typů motorů na kapalná paliva a této techniky se
vyuţívá pouze u některých lodních zařízení. Spotřeba paliva roste a potřebné mnoţství vody
závisí na podílu denitrifikace. Tato metoda vyţaduje větší zásahy do projektu motoru
s ohledem na potřebu přídavného systému injektáţe vody a kontroly tohoto systému. Mnoţství
vody, které se můţe nastřikovat je nezávislé na čerpadlech nastřikovaného paliva, coţ
umoţňuje, aby se nastřikovalo větší mnoţství vody. Můţe docházet ke korozi na hlavě válce a
pístech, tedy je zapotřebí zvýšené údrţby.
Injektáţ vlhkého vzduchu: Injektáţ vlhkého vzduchu tvoří hlavně výměník tepla a
zvlhčovací komora, která můţe nahradit vřazený chladič. Vzduch, který je poměrně horký a
suchý se přivádí do jednotky, kde se částečně odpařuje voda za sníţení teploty odsávaného
vzduchu.
391
Vzduch přiváděný do válce je téměř nasycený vodní parou: mnoţství vody absorbované
motorem reguluje teplotu odsávaného vzduchu, coţ závisí hlavně na teplotě vody. S touto
metodou můţe motor absorbovat 2x větší mnoţství vody neţ odpovídá spotřebě paliva. Uvádí
se, ţe se místo upravené vody pro takové zařízení pouţilo vody mořské a to bez negativních
účinků na spolehlivost provozu zařízení. Toto zjištění je zajímavé zvláště pro zařízení
vyskytující se v přímořských oblastech, protoţe se sníţí u takového systému provozní
náklady. Podle zkušeností, které se vyuţívají při injektáţi zvlhčeného vzduchu do motorů ve
Francii, sniţují se náklady na údrţbu, spalovací komory jsou čistší a klesá rovněţ spotřeba
mazacího oleje. Uvádí se, ţe při střední rychlosti motoru se emise NOx sníţily o 70 %.
Velké sníţení NOx vede k vyšším emisím nespálených sloučenin (CO, uhlovodíků, kouřových
plynů atd.). Testy ukázaly, ţe kdyţ se v praxi sníţí emise NOx o 50 %, dosáhne se ještě
přijatelných emisí nespálených sloučenin (CO, atd.). To má také dobrý vliv na pokles teploty,
přičemţ vstřikované mnoţství závisí na tlaku turbodmychadla a na tom, kolik se musí přidat
vodní páry do spalovacího vzduchu. Hmotnost vzduchu při průchodu motorem je slabě
zvýšena o vodní páru a ţádné přídavné práce kompresoru není zapotřebí.
Můţe dojít ke korozi ventilů a pístů a jímačů vzduchu, proto je třeba větší údrţby a vzrostou
náklady. Z toho důvodu je zapotřebí provést dlouhodobé testování, aby se odhadly účinky
koroze a navrhla moţná nápravná opatření.
Selektivní katalytická redukce (SCR): Do dnešní doby je jednotkou SCR vybaveno několik
stovek motorů v elektrárnách a kogeneračních závodech v Evropě, Asii a v USA. Provozují se
na kapalná paliva různé jakosti od motorové nafty nebo topného oleje k nízkojakostnímu
těţkému topnému oleji (o 180 cSt a 5 % S) nebo na odpadní oleje nebo dokonce orimulzi.
Jednotky SCR mohou být navíc vybaveny oxidační vrstvou ke sníţení emisí CO a NH3, ale to
se nedoporučuje, kdyţ provoz jede na kapalná paliva (jako je TTO), která obsahují síru. Při
oxidační reakci SO2 na SO3 bude působit katalyzátor a vytvoří se navíc sírany.Větší naftové
motory mají nízké emise nespáleného CO a uhlovodíků. Pokud je podíl sníţení NOx 85 – 90
%, můţe se systém SCR řídit jednoduchým regulačním systémem, při vyšších podílech
sníţení je zapotřebí modernějšího řídícího systému se sloţitějším zařízením pro předběţné
směšování a nástřik. Provozovatelé velkých naftových motorů k výrobě energie mají často
úkol sníţit emise CO, uhlovodíků a tuhých částic, stejně jako NOx. Také se často musí
pomocí tlumičů sniţovat emise hluku. Systémy SCR včetně katalyzátorů oxidace přinášejí
výhody, protoţe jsou schopny soustředit všechny tyto problémy do jednoho systému. U
průměrného motorového výkonu lze očekávat, ţe se kromě sníţení NOx aţ o 90 % omezí z 80
aţ 90 % CO a uhlovodíky, o 30 % se sníţí tuhé částice a emise hluku klesnou o 30 – 35
dB(A).
Obecně je redukčním činidlem u systémů SCR vodný 25 % roztok čpavku nebo asi 40 %
vodný roztok močoviny. U některých zařízení se pouţívá čistého 100 % čpavku (hlavně
s ohledem na cenu). U zařízení s kolísavým zatíţením se během uvedení do provozu měří
motorové emise při různých hladinách zatíţení. Hodnoty naměřených emisí se potom vkládají
do řídícího systému, coţ zajišťuje, ţe se redukční činidlo bude nastřikovat do proudu
výstupního plynu ve správném mnoţství, které bude odpovídat různým hladinám emisí NOx.
Typ katalyzátoru a velikost reaktoru pro SCR jsou přizpůsobeny rezervám v tlakové ztrátě u
kaţdého z jednotlivých zařízení tak, ţe se neovlivní výkon motoru / 167, Rigby a kolektiv
2001/.
392
Obr. 6.3: Systém SCR pouţitý u spalovacího zařízení se stacionárním motorem /97, Euromot,
2000/
Kdyţ se u elektráren s naftovými motory zvaţuje moţnost pouţití SCR, musí se počítat se
čtyřmi následujícími aspekty:
především je třeba se soustředit na teplotu výstupního plynu, aby se zamezilo tvorbě solí
na modulech katalyzátoru. Musí se udrţovat určitá minimální teplota spalin, která závisí
na obsahu síry v palivu. Určité kovy, které mohou být ve stopách přítomny v palivu,
mohou působit jako „katalytické jedy“ a proto by se měl obsah popela z paliva, které se
má pouţít, analyzovat ještě předtím, neţ se zařízení namontuje, zejména pokud se má
pouţít nízkojakostní těţký topný olej. Většina zařízení s naftovými motory vybavená dnes
jednotkou SCR se provozuje na olej s nízkým obsahem síry nebo na zemní plyn.
Zkušenosti ukázaly, ţe kdyţ provoz běţí na těţký topný olej nebo na ostatní odpadní oleje,
musí se na reaktor SCR namontovat systém odfuku sazí, aby se zabránilo jejich usazování
a udrţely se segmenty zařízení čisté a předešlo se u SCR zvýšení tlakových ztrát.
za druhé se pouţitím močoviny minimalizují rizika, která jsou spojena s přepravou a
skladováním čpavku. Na některých místech mohou být dodávky reakčních činidel
omezeny vlivem nedostatečné průmyslové infrastruktury.
393
za třetí je technologie SCR vysoce investičně i provozně náročná. Obecně musí být kaţdý
motor z technických důvodů vybaven svoji vlastní jednotkou SCR. Provozní náklady jsou
závislé na mnoţství potřebného reakčního činidla a na velikosti časového intervalu, za
který je třeba prvky katalyzátoru vyměnit nebo nově přidat, aby se udrţela plánovaná
účinnost SCR (po několika letech provozu). Vyčerpané moduly katalyzátoru se musí
náleţitě zneškodnit.
nakonec se doporučuje, aby se systém SCR podrobil pravidelné naplánované údrţbě, nebo
revizi např. jednou ročně, aby se předešlo úniku čpavku. Při vysokém strhávání čpavku
můţe docházet např. ke škodlivým inkrustacím solí na povrchu segmentů, které jsou
součástí zařízení a jsou zařazeny za reaktorem, jako je příkladně kotel.
6.1.10.4 Sniţování emisí do ovzduší z plynových (spalovacích) turbin na kapalná paliva
6.1.10.4.1 Sniţování emisí SO2
Ke sníţení emisí SO2 můţe výrazně přispět záměna za nízkosirný olej nebo spoluspalování
oleje a plynu. Obsah síry v lehkém topném oleji, který se pouţívá v plynových turbinách
stanoví Směrnice 93/12/EEC (platná v EU, která se vztahuje k obsahu síry v některých
kapalných palivech) a měl by být pod 0,05 %. Tento velmi nízký obsah síry zajišťuje nízké
hladiny emisí SO2 z plynových turbin zásobovaných lehkou frakcí destilace nafty.
6.1.10.4.2 Sniţování emisí NOx
Tvorba NOx se můţe omezit sníţením spalovací teploty. Toho lze dosáhnout pomocí metody
předběţné přípravy směsi do hořáků, kdy se palivo smísí se spalovacím vzduchem, aby se
zabránilo značným špičkovým teplotám plamene. Toho se však dá vyuţít pouze u jednotky,
která se provozuje téměř s plným zatíţením. Při částečném zatíţení jako je najíţdění a
odstavování se musí pouţít poněkud odlišné metody spalování, aby se zabránilo zpětnému
vyšlehnutí plamene. Ke sníţení teplot spalování a následně i NOx se také pouţívá injektáţe
páry a vody.
Pouţití stabilizovaného spalování v plynových turbinách při niţších teplotách potřebuje jiný
projekt plynových turbin, protoţe jsou nutné dva tlakové stupně se samostatným přívodem
paliva.
Mokrý redukční proces: Do spalovacích komor se vstřikuje voda nebo pára, aby se sníţila
spalovací teplota a tak se předešlo tvorbě tepelných NOx. U plynových turbin provozovaných
s otevřeným cyklem se pouţívá k nástřiku voda, kdeţto u plynových turbin provozovaných
v kombinovaném cyklu nebo v kogeneračním systému se častěji volí k nástřiku pára.
Některá zařízení kombinovaného cyklu s plynovou turbinou v Evropě, zejména v Rakousku,
Francii, Německu, Itálii a Nizozemí pouţívají ke sniţování emisí NOx také systému SCR.
V USA se selektivní katalytické redukce pouţívá obvykle u plynových turbin a to včetně
těch, které se provozují s kapalným palivem.
394
6.1.11 Úprava odebírané a odpadní vody
Techniky popsané v kapitole 3 pro úpravu odpadní vody se do značné míry pouţívají i
k čištění odpadní vody ze zařízení spalujících kapalná paliva (z kotlů, plynových turbin a
stacionárních motorů).
Úprava vody pro velká spalovací zařízení na topný olej nemá ţádné speciální nároky.
Vyţaduje se demineralizovaná voda, aby nahradila vodu po odkalování kotle a úniky vody
nebo páry. Kvalita vody musí splňovat poţadavky výrobců kotlů a proto se vyţaduje její
úprava. Obvykle stačí pro naplnění těchto poţadavků demineralizace vody.
U plynových turbin a parogenerátorů k rekuperaci tepla (kotle na odpadní teplo či spalinové
kotle) se vyţaduje demineralizovaná voda k následujícím účelům:
jako napájecí voda do spalinových kotlů, aby se nahradila voda po odkalování kotlů.
Pokud se vyuţívá nástřiku vody nebo páry, musí se ztráty vody kompenzovat přídavkem
odebírané vody. Kvalita musí splňovat poţadavky výrobců a proto se obvykle vyţaduje
úprava vody. Obyčejně postačuje ke splnění těchto poţadavků demineralizace
injektáţi vody při sniţování NOx (asi 1 kg vody/kg paliva). Ve Francii například je
injektáţ vody mezi 50 – 100 % celkového průtoku spalin
při vymývání kompresoru plynové turbiny se obvykle pouţívá demineralizované vody. Při
nepřetrţitém promývání se někdy pouţívá kondenzátu z cyklu voda/pára, ale častěji se
demineralizovaná voda přivádí do samostatné jednotky vody k vymývání. Při
přerušovaném vymývání se přidává do demineralizované vody detergenční činidlo, aby se
zlepšil promývací účinek.
Provoz plynové turbiny a spalinového kotle (pokud se pouţívá) vede k tvorbě následující
odpadní vody a to je:
voda z odkalování kotle u kotelního cirkulačního systému. Je to voda, která se vyuţívala
k udrţení kvality kotelní vody. Kotelní voda obvykle obsahuje aditiva pro ochranu kotle
proti korozi a to čpavek, hydroxid sodný a/nebo fosforečnany. V praxi se tato odkalovací
voda ochlazuje a vypouští se do kanalizace, nebo na úpravnu odpadní vody, pokud
nesplňuje poţadavky povolení
odpadní voda z procesu vymývání plynové turbiny vodou, která se můţe vypouštět nebo
se musí povaţovat za chemický odpad v závislosti na pouţitých detergenčních činidlech
při promývání a na materiálech z kompresoru, které jsou určeny ke zneškodnění
voda, která je kontaminovaná olejem nebo olej obsahujícími kapalinami. Ta se obvykle
zachycuje sběrným systémem a upravuje se samostatně v úpravně odpadní vody.
zbytková odpadní voda ze zařízení, jako je vypírací voda. Ta se běţně vypouští do
domácího systému kanalizace.
395
Elektrárna poháněná motorem má obvykle svoji zásobu vody. Chladící okruhy pojmou asi 20
aţ 30 % energetického příkonu paliva. Energie z chladícího okruhu se musí odvádět pryč,
pokud se jí nemůţe vyuţít v určitém jiném kogeneračním procesu. Jednoduchý cyklus 130
MWel. elektrárny s naftovým motorem na olej, jeţ je vybavena chladícími věţemi, spotřebuje
obvykle asi 220 m3 surové vody/hod oproti tepelné elektrárně podobné velikosti s parní
turbinou na bázi uhlí/olej s chladícími věţemi, která spotřebuje asi 500 m3
surové vody/hod
(ve výše uvedených číselných hodnotách není zahrnuto ţádné odsiřovací zařízení).
Vzduchem chlazené chladiče jsou pro zařízení poháněné naftovým motorem velmi vhodné a
pokud je jako příklad uvedené 130 MWel. zařízení s naftovým motorem na těţký topný olej
vybaveno chladiči, pak je obvykle potřebné mnoţství napájecí vody (hlavně pro odlučovače
topného a mazacího oleje, voda odebíraná pro chladící okruh motoru, vypírací voda pro
turbinové zařízení atd.) řádově jen 5 m3/hod.
Výsledkem niţší potřeby vody je menší proud vypouštěné odpadní vody a následně méně
tepla vypouštěného do příslušného vodního toku. Dalším důsledkem je menší vyuţívání
různých vodu čistících chemikálií v místě stanice a proto sníţené riziko rozlitých chemikálií.
Při úpravě odpadní vody se pouţívají tradiční techniky.
6.1.12 Úprava odpadních zbytků ze spalování a vedlejších produktů
Úprava oleje zahrnuje jednotky s odstředivkami a moduly, filtry, kombinované jednotky
čištění a systémy celkové úpravy paliva. Zařízení pro regeneraci oleje a úpravu kalu po
flotaci a vysráţení je do tohoto systému úprav začleněno také. Olej nebo druhotné palivo se
spaluje v pomocném kotli na olej.
Nakonec se kaly odvodňují, suší, zpevňují a spalují, nebo se zneškodňují autorizovanou
společností. Voda z odvodněného kalu, která je kontaminována olejem, nebo olej
obsahujícími kapalinami se obvykle zachycuje ve speciálním systému a vypouští se
samostatně. Zachycuje se také kal z úpravy promývacích kapalin z ohřívačů větru, ze
spalinové strany kotlů a z ostatních zařízení.
396
6.2 Příklady pouţitých postupů a technik
Tato část kapitoly 6 poskytuje řadů příkladů technik a postupů, které se v současné době
pouţívají u různých spalovacích zařízení na kapalná paliva. Účelem příkladů je ukázat, jak se
specifické techniky uplatňují u nových nebo rekonstruovaných zařízení, aby se zajistila
vysoká úroveň ochrany ţivotního prostředí jako celku, přičemţ se u kaţdého příkladu zvaţují
jednotlivé pro dané místo specifické podmínky a poţadavky ochrany ţivotního prostředí.
Ze shromáţděných informací však není vţdy jasné, zda nebo jak se kaţdá z technik popsaných
v příkladech posuzovala s ohledem na definici BAT uvedenou v článku 2, odstavec 11
Směrnice 96/61/EC a rovněţ s ohledem na seznam opatření přijatých obecně nebo pro
specifické případy, kdy se určily nejlepší dostupné techniky se zohledněním
pravděpodobných nákladů a přínosů opatření a zásad předběţných opatření a prevence a jak
se následně techniky vybíraly a uplatňovaly. Kromě toho nelze zabezpečit, ţe působení na
ţivotní prostředí bude trvalé a bude za všech podmínek provozu pokračovat a po jakou dobu,
zda se nenarazí na nějaké problémy a co znamenají přenosy vlivů z jednoho prostředí do
druhého. Také není vţdy jasné, jaká je motivace pro uplatnění techniky a jaké náklady a
přínosy pro ţivotní prostředí jsou s kaţdým případem spojeny. Proto jsou informace
poskytnuté u následujících příkladů pojaty pouze jako obecné indikace převzaté ze současné
provozované praxe a nemohou se povaţovat za příslušné referenční hladiny.
Techniky, které se uvádějí jako příklady, pocházejí z informací, které poskytli a posoudili
členové Technické pracovní skupiny, jakoţto součást výměny informací o velkých
spalovacích zařízeních.
6.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na kapalná
paliva
Příklad 6.2.1.1 Moderní regulace podmínek spalování v daném místě při snižování NOx a
výkon kotle při spalování topného oleje a “orimulze“.
Popis: Účinnost kotle a tvorba NOx v průmyslových kotlích značně závisí na správném
přívodu paliva a vzduchu do topeniště. Současná technika regulace se zakládá na kombinaci
strategií pro vyváţené spalování v daném místě a zavádění moderním systémů monitorování
spalovacího procesu. To umoţňuje vyuţívat přesnou regulaci spalování při řešení těchto
obvyklých situací u stavů nevyváţeného spalování. Systém umoţňuje měření koncentrace
plynu, které se provádí u průmyslových kotlů v kterékoliv oblasti topeniště, zejména
v blízkosti hořáků.
Tím lze dosáhnout nejen výrazného zlepšení v monitorování profilu a následně i výkonu kotle
(tj. účinnosti kotle, emisí NOx, škvárování, spotřeby pomocných materiálů), ale u
průmyslových kotlů také vede k bezpečnějšímu a pruţnějšímu provozu. Podrobnější
informace o této technologii jsou také uvedeny u příkladů technik v části 4.2.1
397
Pouţitelnost: Instalace nového systému měření uvnitř topeniště průmyslových kotlů
umoţňuje umístění otvorů v kterémkoliv potřebném místě bez omezení na pouhé testovací
sondy, které se začlenily do původního projektu kotle. Tímto způsobem je moţné provádět
měření v úrovni kaţdého hořáku v kotli, bez jakýchkoliv výrazných úprav konstrukce
jednotky. Proto se můţe uvedená technologie regulace vyuţívat jak u stávajících zařízení, tak
u nových.
Tab.6.1 ukazuje hlavní charakteristiky čtyř stávajících spalovacích zařízení na topný olej a
„orimulzi“ , kde se tato moderní technika regulace v současné době vyuţívá. Tato zařízení
stojí ve Španělsku a v Itálii.
Tab. 6.1: Vyuţití předloţené moderní technologie řízení při spalování u kotlů na
topný olej
zařízení projekt kotle výkon
(MWel.)
rozdělení hořáků typ paliva nástřik
A čelní 40 2 svislé řady
(3 hořáky na řadu)
topný olej pára
B čelní 40 2 svislé řady
(3 hořáky na řadu)
topný olej vzduch
C čelní 60 3 svislé řady
(2 hořáky na řadu)
topný olej pára
D tangenciální 320 5 svislých řad
(4 nízkoemisní hořáky na
řadu)
orimulze
(upravené uhlí)
pára
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí :
Pouţití této technologie vedlo ke sníţení emisí NOx asi o 30 % a zároveň k minimalizací
emisí CO a také k podstatnému zlepšení celkového výkonu zařízení (tj. zejména ke sníţení
potřeb temperování páry k omezení tvorby SO3).
Provozní údaje:
Optimalizace se zakládá na:
seřízení celkového přebytku kyslíku, při udrţování odpovídajícího stechiometrického
poměru u kaţdého hořáku
seřízení typu plamene ( na bázi vhodné regulace vstupujícího vzduchu)
identifikaci optimálního počtu právě provozovaných hořáků při kaţdém provozním
zatíţení
Všechny tyto úpravy se provedly za předpokladu přiměřené regulace jednotlivých provozních
podmínek u kaţdého hořáku na podkladě měření v místě spalování
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Kromě přímých přínosů pro ţivotní prostředí,
které jiţ byly uvedeny, nabízí moderní regulace podmínek spalování v daném místě několik
dalších výhod, jako je menší spotřeba paliva (viz také příklad v části 4.2.1).
Ekonomika: Investice na tuto koncepci technologie jsou v současné době v rozmezí 300 000
aţ 700 000 EUR v závislosti na jednotlivých charakteristikách dotyčné jednotky (výkon,
projekt, základní provoz, atd.)
398
Motivace pro zavedení: Vedle sníţení nákladů na palivo a redukci tvorby NOx je hlavním
důvodem pro uplatnění této techniky schopnost optimalizovat měrné teplo nebo škvárování
nastavením mnoţství přiváděného kyslíku a rozloţení teploty uvnitř topeniště.
Odkaz na literaturu: /176, Caňadas a kolektiv, 2001 /; /177, Rodríguez a kolektiv, 2002/;
/178, ECSC, 2001/.
6.2.2 Zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích zařízení na kapalná paliva na
ţivotní prostředí
Příklad 6.2.2.1 Kotel spalující těžký topný olej s modernizovanou úpravou spalin
Popis: Dvě stejné jednotky mají celkovou kapacitu výroby elektřiny 2x 420 MWel. a čistou
elektrickou výrobní kapacitu 2x 386 MW při jmenovitém tepelném příkonu 2x 1007 MW.
Surová ropa se přepravuje potrubím do nedaleké rafinerie, kde se získá těţký topný olej.
Závod byl uveden do provozu v roce 1965 a v roce 1990 a 1994 byl modernizován výstavbou
zařízení na úpravu spalin. To zahrnuje mokré odsíření s účinností > 90 % a zařízení selektivní
katalytické redukce v místě vysokého obsahu prachu s účinností denitrifikace > 70 %. Kromě
toho vyvloţkování vnitřní plochy 180 m vysokého komína (s výztuhou sklolaminátu) sníţilo
emise kyselých částic a prachu. Kotel (Bensonův, dvoutahový) je vybaven 14 nízkoemisními
hořáky (se spalováním ode dna), přehřátým vzduchem a předehřevem spalovacího vzduchu.
Olej se skladuje v 5 zásobních nádrţích s celkovým objemem 340 000 m3. Dvě nádrţe pro
zásobní horký olej jsou izolované.
Elektrostatický odlučovač a mokré odsíření spalin společně sniţují obsah prachu ve spalinách
nejméně o 80 %.
399
Obr. 6.4: Dovybavení elektrárny spalující topný olej selektivní katalytickou redukcí, mokrým
odsiřováním spalin a systémem redistribuce tepla.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Modernizovaná úprava spalin umoţňuje dosáhnout
ve vyčištěném plynu poměrně nízkých koncentrací SO2 a NOx. Úprava komína značně sníţila
dopad kyselých částic na okolí závodu.
Pouţitelnost: Sekundární úpravu spalin lze připojit i ke stávajícím kotlům na spalování
těţkého topného oleje. Rekonstrukční úprava komína k regulaci emisí kyselých částic závisí
na místních podmínkách. Zde je nejdůleţitějším ukazatelem koncentrace SO3 ve vyčištěném
plynu, protoţe tento oxid je rozpustný ve vodě a můţe kondenzovat na stěnách komína. Tato
vysoce kyselá kapalina potom přechází do okolního prostředí. Obecně se koncentrace SO3 ve
spalinách sníţila v systému mokrého odsiřování pouze o 20 – 30 %. Na druhou stranu
odsiřování spalin sniţuje teplotu spalin a zvyšuje se obsah vodní páry. Tyto dva vlivy
podporují kondenzaci kyseliny v komíně.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: V provozu elektrostatického odlučovače se
zachycuje popílek. Mokré odsíření spalin produkuje odpadní vodu a sádrovec. Provoz zařízení
pro úpravu spalin sniţuje čistou elektrickou účinnost závodu.
Provozní údaje: V roce 1998 produkovala první jednotka během 1544 hodin provozu 443,5
GWh čisté elektřiny a druhá jednotka během 1017 hodin provozu 299 GWhel. Roční průměrná
čistá elektrická účinnost činila 36,7 % a dosáhlo se ekvivalentních 961 hodin plného zatíţení.
400
Tab. 6.2 Emise do ovzduší v roce 1998
monitorování naměřené úrovně emisí (mg/Nm3)
(průměrná roční hodnota - 3 % O2)
měrné emise
(g/MWhel)
zdroj
1
zdroj
2
zdroj
1
zdroj
2
obsah O2 (%) kontinuální 4,5 4,5
průtokový objem
spalin (m3/hod)
kontinuální 1,3 . 106
(plné zatíţení)
1,3. 106
(plné zatíţení)
prach ( mg/Nm3) kontinuální 10 15 20,5 30,2
SO2 ( mg/Nm3) kontinuální 50-250 50-250 52 235
NOx ( mg/Nm3) kontinuální 121 131 331 355
CO ( mg/Nm3) kontinuální 50 50 20,5 20,7
HCl ( mg/Nm3) jednorázové 0,2
1) 0,1
1) 0,08 0,04
HF ( mg/Nm3) jednorázové < 0,1
1) < 0,1
1) < 0,04 < 0,04
NH3( mg/Nm3) jednorázové < 0,1
1) < 0,04
Pozn.: 1) střední hodnota jednotlivých výsledků
Spálilo se nějakých 179 kt těţkého topného oleje (TTO), coţ znamená měrnou spotřebu 0,242
kg/kWhel. Obsah síry v palivu byl 3,5 % a obsah popela 0,056 %.
Tab. 6.3: Spotřeba důleţitých pomocných surovin v roce 1998
pomocné látky spotřeba (t/rok) měrná spotřeba (g/MWhel)
HCl (30 % roztok) 122 160
NaOH (50 % roztok) 27 36
hašené vápno 20 27
mletý vápenec 13 811 13 500
FeCl3 (40 % roztok) 14 19
NaOH (25 % roztok) 7,5 10
NH3 458 620
LTO (lehký topný olej) 2952 4200
Průtočný chladící systém spotřeboval 97,15 mil. m3/rok, coţ odpovídá měrné potřebě 100 000
m3/hod při plném zatíţení. Během regenerace zařízení na změkčování vody vzniká odpadní
voda. Průměrné roční průtoky této vody činily 12 m3/hod. Průměrná koncentrace AOX
(organicky vázané halogeny) je < 1 mg/l, coţ je ekvivalentní < 0,015 g/MWhel. Po nastavení
hodnoty pH se tato voda vypouští do recipientu.
Dalším hlavním zdrojem odpadní vody je mokré odsiřování spalin. Střední hodnota
objemového průtoku odpadní vody při plném zatíţení je 23 m3/hod. Odpadní voda se upravuje
a potom se vypouští do recipientu při průměrné koncentraci znečištění tak, jak znázorňuje tab.
6.4.
401
Tab. 6.4: Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě z odsiřovacího zařízení po úpravě
(údaje jsou z roku 1998)
střední hodnoty počet měření jako základ
pro střední hodnoty
měrné zatíţení
(g/MWhel)
hodnota pH 9,2 77
ChSK (mg/l) 27,9 27 0,83142
Ncelkový (mg/l) 85 1 2,533
Zn (mg/l) 0,01 13 0,000298
Cr (mg/l) < 0,1 1 < 0,0003
Cd (mg/l) < 0,005 27 < 0,00015
Cu (mg/l) < 0,1 1 < 0,0003
Pb (mg/l) < 0,1 1 < 0,0003
Ni (mg/l) 0,028 4 0,0008344
V (mg/l) 0,03 27 0,000894
nerozpustné
látky (mg/l)
7,3 77 0,21754
sírany (mg/l) 2130 27 63,474
siřičitany (mg/l) <20 (jen při uvedení do provozu) < 0,6
fluoridy (mg/l) 3,3 11 0,09834
Hg (mg/l) 0,002 27 0,0000596
toxicita pro ryby <2 ( jen při uvedení do provozu)
Ke sníţení znečištění v odpadní vodě se do kotle injektuje voda z kondenzátu po vysráţení
kationtů při demineralizaci vody. Kombinovaný provoz, jenţ znamená simultánní mísení
kyslíku a čpavku umoţňuje niţší koncentraci amoniaku v parovodním okruhu. Sníţil se tedy
podíl vody přiváděný na filtry z demineralizátorů, coţ znamená sníţenou potřebu vody.
Výměna změkčováním vody vyčerpaného pryskyřicového ionexu v jednom ze zařízení by
mohla sníţit spotřebu vody pro regeneraci. Další sníţení potřeby vody by se mohlo dosáhnout
recirkulací kondenzátu a částečnou recirkulací filtrátu z odvodnění sádrovce zpět do okruhu
odsiřování.
Tab. 6.5: Odpady vzniklé v roce 1998
izolace kotelní popel polétavý popílek sádrovec a
tvárnice ze sádry
mnoţství (t/rok) 12,4 17,7 113,8 1767
měrné mnoţství
(kg/MWhel)
1,08 0,0018 0,0118 1,8
vyuţití/zneškodnění recyklace zaváţky do dolů zaváţky do dolů průmysl sádry a
betonu
Hodnoty emisních limitů pro hluk jsou závislé na blízkosti obydlených oblastí, které jsou
v tomto případě umístěny ve vzdálenosti 530 – 1200 m. Opatření ke sníţení emisí hluku
znamenají bezpečnostní nehlučné ventily a visuté protihlukové bariéry. Úroveň hluku
v obydlených oblastech dosahuje hodnot mezi 26 a 46 dB(A).
402
Ekonomika: Investice na techniky pro čištění spalin (mokré odsiřování a selektivní
katalytickou redukci) činily celkem 25 mil. EUR ( mezi roky 1990 a 1994).
Motivace pro zavedení: Rekonstrukce se zabudováním mokrého odsiřování spalin a
selektivní katalytické redukce vycházela ze zavedení přísnějších emisních limitů.
Vyvloţkování komína sklolaminátem bylo nutné z důvodu stíţností na kyselé nánosy. Pouţití
nových materiálů ale vedlo k poklesu koroze v komíně a tak se sníţily i provozní náklady
(např. menší údrţbou).
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/.
Příklad 6.2.2.2 Elektrárna se špičkovým zatížením, kterou tvoří kotel a plynová turbina na
lehký topný olej s nestandardním provozem s kombinovaným cyklem
Popis: Příklad elektrárny se špičkovým zatíţením, která obsahuje plynovou turbinu (se
jmenovitým tepelným příkonem 260 MWtep. a 60 MWel. elektrickým výkonem) a kotel (838
MWtep. s přívodem vzduchu a 655 MWtep. v provozu s kombinovaným cyklem). Parní turbina
vyrábí aţ 265 MWel.. V provozu s kombinovaným cyklem se vyuţívá spalin s plynové
turbiny jako spalovacího vzduchu v kotli. Elektrárna byla uvedena do provozu v roce 1972 se
spalováním těţkého topného oleje a byla při rekonstrukci v roce 1993 převedena na
spalování lehkého topného oleje. V roce 1994 se kotel i plynová turbina dovybavily systémem
injektáţe vody. Kromě toho se vyměnily hořák a spalovací komora plynové turbiny. Do
systému se nastřikovala demineralizovaná voda tryskami vybavenými kónickými dýzami s
tlakem mezi 3 aţ 22 bary. Spotřeba vody se při provozu s plným zatíţením zvýšila u kotle na
50 m3/hod a u plynové turbiny na 18,7 m
3/hod.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Injektáţ vody sniţuje emise NOx z plynové turbiny
stejně jako z kotle.
Pouţitelnost: Injektáţ vody se pouţívá hlavně při nutnosti sníţit emise NOx ze stávajících
zařízení spalujících lehký topný olej.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Primární opatření ke sníţení emisí NOx
nevytváří ţádné zbytkové odpady ani odpadní vody, ale spotřebuje velké mnoţství
demineralizované vody. Kromě toho se sníţila elektrická účinnost celého závodu, protoţe
entalpie (tepelný obsah), která se má vyčerpat při odpařování zůstává ve spalinách a opětně se
nevyuţívá. Úprava napájecí vody a kondenzátu produkuje kal a odpadní vodu.
Provozní údaje: V roce 1998 se vyrobilo celkem 6976 MWhel. pomocí parní turbiny a celkem
118 MWhel. plynovou turbinou. Závod byl v provozu 74 hodin a tedy se vyuţíval pouze, aby
pokryl špičkové zatíţení. V tabulkách 6.6 a 6.7 jsou v souhrnu uvedeny emise do ovzduší
v roce 1998
403
Tab. 6.6: Emise do ovzduší z kotle (jednoduchý provoz) v roce 1998
měření naměřené hodnoty emisí
(denní střední hodnoty, 3 % O2)
měrné emise
(kg/TJ z paliva )
obsah O2 (%) kontinuální 3
průtokový objem plynu
(m3/hod)
853 523
NOx (mg/Nm3) kontinuální 143,3 40,5
CO (mg/Nm3) kontinuální 4,77 1,35
Tab. 6.7: Emise do atmosféry z provozu kombinovaného cyklu v roce 1998
měření naměřené hodnoty emisí
(denní střední hodnoty, 3 % O2)
měrné emise
(kg/TJz paliva)
obsah O2 (%) kontinuální 3
průtokový objem plynu
(m3/hod)
965 000
NOx (mg/Nm3) kontinuální 259,7 76
CO (mg/Nm3) kontinuální 129,8 38
V kotli se spálilo 2012,1 t lehkého topného oleje a v plynové turbině 47,9 t. Při provozu
s plným zatíţením potřebuje průtočný chladící systém asi 40 000 m3 říční vody/hod z toku
v sousedství. Výtok z primárního chladícího systému a odpadní voda z úpravy kondenzátu se
vypouštějí do kanalizace. Odpadní voda z úpravy napájecí vody (250 m3/hod při plném
zatíţení) se vypouští po neutralizaci do řeky. Koncentrace znečištění v této odpadní vodě se
souhrnně uvádějí v tabulce 6.8 a platí pro rok 1998.
Tab. 6.8: Koncentrace znečišťujících látek v neutralizované odpadní vodě z úpravy napájecí
vody po neutralizaci
výsledky z jednotlivých měření ( v roce 1998 ) (mg/l)
AOX 0,023 – 0,039
CHSK 10 – 23
P 0,12 – 0,2
A 42 – 45
Zn 0,078
Cr 0,0038
Cd 0,0003
Cu 0,0044
Pb 0,0053
Ni 0,0036
Hlavními odpady jsou pouţitá mazadla a kaly z úpravy vody.
Ekonomika: Celkové investice na dovybavení závodu (injektáţ vody, nový hořák a
spalovací komora pro plynovou turbinu) činily 12,8 mil. EUR, z nichţ 10,25 mil. bylo na
rekonstrukci plynové turbiny a zbytek se pouţil na kotel.
404
Motivace pro zavedení: Systém vodní injektáţe se přidal proto, aby se dosáhlo souladu
s hodnotami emisích limitů.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/.
6.2.3 Působení nových spalovacích zařízení na kapalná paliva na ţivotní prostředí
Příklad 6.2.3.1 Elektrárna s kombinovaným cyklem plynové a parní turbiny spalující těžký
topný olej a zemní plyn s dálkovým rozvodem tepla a čištěním spalin.
Popis: Elektrárna uvedená jako příklad byla vyprojektována jako kombinovaný závod s
plynovou a parní turbinou a dálkovým rozvodem tepla, která pracuje na bázi nízkosirného
těţkého topného oleje a zemního plynu. Schematický nákres znázorňuje obr. 6.5.
Výstupní plyny z plynové turbiny se vedou do parního kotle, Bensonova dvoutahového kotle
s nuceným kontinuálním průtokem s vloţeným přehříváním. Plyn opouštějící plynovou
turbinu se vyuţívá jako spalovací vzduch dodávající kyslík do nízkoemisních hořáků, které
spalují těţký topný olej či zemní plyn (20 kombinovaných hořáků s postupným dávkováním
TTO / zemního plynu, uspořádaných po celé stěně zapálených v 5 řadách).
Pára vyrobená v kotli se pouţívá k pohonu čtyřstupňové kondenzačně přihřívané turbiny se
středním přehřátím. Pára turbiny pohání generátor, jenţ má, aniţ by vydal tepelnou energii do
sítě rozvodného vytápění, výkon elektřiny okolo 355 MW. Při odevzdání tepelné energie
odpovídající asi 350 MW se elektrický výkon sníţí na 310 MW.
Čištění spalin:
denitrifikace s nízkoemisními hořáky jakoţto primárním opatřením, po které následuje
selektivní katalytická redukce ve vysoce prašném prostředí
mokrá vápencová metoda s procesem nucené oxidace ke sníţení oxidu siřičitého za vzniku
sádrovce
elektrostatický odlučovač pro odprášení spalin
405
Obr.6.5: Elektrárna s kombinovaným cyklem plynové a parní turbiny se spalováním těţkého
topného oleje a zemního plynu
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Kombinací plynové turbiny, parního kotle a
systému rozvodu tepla se zvyšuje celková elektrická účinnost stejně jako účinnost paliva.
Naměřené hladiny emisí se uvádějí následovně.
Tab. 6.9: Přehled naměřených emisí znečišťující
látka
naměřená výše
emisí (mg/Nm3)
podíl sníţení
(%)
pouţitá technika
NOx 90 > 80 nízkoemisní hořák, jakoţto primární opatření a systém
SCR jako sekundární opatření ke konverzi SO2/SO3
<2% (oficiální poţadavek)
SO2 60 – 90 96 mokrá vápencová metoda odsiřování s procesem
nucené oxidace za vzniku sádrovce
CO 15 – 20
prach 10 – 30 > 95 elektrostatický odlučovač-koncentrace prachu ve
vyčištěném plynu závisí na způsobu provozu
(TTO/ZP)
NH3 0,1
Poznámka: Kontinuální měření, denní průměry, 3 % O2, těţký topný olej, plné zatíţení
TTO/ZP= těţký topný olej/ zemní plyn
406
Odpadní voda z odsiřovacího zařízení obsahuje znečišťující látky jako jsou kovy z paliva a
inertní materiál z vápence. Nečistoty se mohou vysráţet nastavením určité hladiny pH a
přidáním flokulačních činidel. Sediment se potom můţe oddělit. Zbytkový kal se přepraví do
kalolisu, odvodní se a vyveze se.
Tab. 6.10: Naměřené znečišťující látky ve vodě z čištění spalin; po úpravě
(jako denní slitý vzorek)
znečišťující látka
(mg/l)
koncentrace měrné emise (mg/t TTO u jmenovité
spalovací kapacity)
As 0,001
Pb 0,03 20
Cd 0,003 10
Co 0,002
Crcelkový 0,03 100
Cu 0,003 100
Hg 0,0001 10
Mn 0,030
Ni 0,03 100
Sn 0,001
Tl 0,031
V 0,073 100
Zn 0,05 200
fluoridy jako F 0,1
chloridy jako Cl 400
čpavek jako N 0,85
fosforcelkový jako P 0,150
celkový dusík jako N 76,6
sírany 1215
sirníky jako S 0,1 40
siřičitany jako SO3 10,2
celkový organický uhlík Σ C 8,6
Pouţitelnost: Plynové turbiny se mohou zabudovat do projektu nového zařízení, ale mohou se
také vyuţít pro navýšení výkonu stávajících kotlů na kapalná paliva. Techniky čištění spalin
buď primární nebo sekundární opatření, jako jsou nízkoemisní hořáky, selektivní katalytická
redukce, elektrostatický odlučovač a zařízení mokrého odsiřování spalin se mohou uplatnit jak
u nových tak stávajících závodů. Vně rozváděné teplo zvyšuje účinnost paliva, ale je zapotřebí
vybudovat síť centrálního zásobování teplem.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Katalyzátor je potřeba promývat kyselinou
šťavelovou po 35 000 hodinách provozu. Odhaduje se, ţe po 42 000 hodinách provozu (a při
promytí po 35 000 hodinách provozu), je konverze SO2 na SO3 asi 0,7 % a aktivita
katalyzátoru 96%. Odhaduje se také, ţe po 70 000 provozních hodinách je třeba provést
částečnou výměnu katalyzátoru.
Úpravna vody ze systému odsiřování spalin a odvodnění vedlejšího produktu, sádrovce
poskytují odpadní vodu. Sádrovce lze pouţít v průmyslu výroby cementu a ve stavebnictví.
407
Provozní údaje:
Palivo: TTO (2 % S; V< 100 ppm ; Ni < 60 ppm, výhřevnost = 40 600 kJ/kg)
Zemní plyn ( výhřevnost 36 100 kJ/kg)
Provozní hodiny: (údaje z roku 1999):
Výroba elektřiny : 6566,5 hod
Rozvod tepla: 5937,5 hod
Účinnost: ηel. čistá : 45,21 ( zemní plyn)
ηel. čistá : 34,35 % (TTO, provoz bez plynové turbiny)
Monitoring: kontinuální měření NOx, SO2, CO, prachu, O2, teploty a objemu spalin
(1 105 000 m3/hod), atmosférického tlaku a teploty okolního prostředí
Ekonomika: Tab. 6.11: Investiční a provozní náklady na pouţité redukční techniky
Technika investiční náklady provozní náklady
SCR Celkové náklady:14 mil EUR a to
včetně postavení, katalyzátoru, skladu
čpavku, pracovního potrubí a vybavení
regulace
1,3 mil. EUR/rok včetně
amortizace, poţadavků na
energii, zaměstnance a údrţbu
elektrostatický
odlučovač
1,44 mil. EUR 0,64 mil. EUR/rok včetně
zneškodnění popílku a
amortizace
odsiřovací
zařízení
47,2 mil. EUR včetně příslušných
pomocných zařízení
7,6 mil. EUR včetně amortizace,
vápence a sádrovce
Motivace pro zavedení: Zvýšená elektrická a palivová účinnost stejně jako sníţení emisí do
ovzduší a do vody
Odkaz na literaturu: /44, Austrian Ministry of Environment, 2000/
Příklad 6.2.3.2 Různé elektrárny na těžký topný olej a naftu vybavené systémem SCR
Popis: Elektrárny, které se uvádějí jako příklad, jsou postaveny v Evropě a USA. Výkon
zařízení dosahuje od 21 MW el. asi do 49 MW el.. Elektrárny pouţívají jako hlavní palivo
těţký topný olej nebo naftu. Kaţdý motor nebo zařízení je vybaveno svou vlastní jednotkou
SCR (selektivní katalytické redukce) ke sníţení NOx. Další výhodou systémů SCR je jejich
redukční vliv na ostatní znečišťující látky jako jsou uhlovodíky a do určité míry i saze a
sniţují rovněţ asi o 8 – 10 dB(A) zvuk.
Provozní údaje: V tabulce 6.13 dále jsou vyjmenovány hlavní provozní parametry zařízení
na těţký topný olej a naftu.
408
Tab.6.12: Výše emisí v elektrárnách na těţký topný olej a motorovou naftu vybavených
selektivní katalytickou redukcí
závod A závod B závod D závod E
místo EU (UK) EU EU US
rok uvedení do
provozu
1997 2002 1999 2001
typ zařízení zařízení
kombinované výroby
tepla a elektřiny
výroba
elektřiny
zařízení kombinované
výroby tepla a
elektřiny
výroba
elektřiny
paliva zemní plyn (hlavní),
plynový olej (pilotní
palivo a záţehové)
TTO
(2-3 % S)
nafta jako hlavní
palivo
LTO
(olej č.2)
technika
spalování
2 motory na
naftový plyn
2 motory na
TTO
3 motory na dvojí
palivo
30 naftových
motorů
výkon 31,6 MW 34 MW 21 MW 49 MW
sekundární
opatření
SCR: reakční činidlo:
33 % vodný roztok
NH3
SCR: reakční
činidlo:vodný
roztok NH3
SCR: reakční činidlo:
vodný roztok
močoviny
SCR: reakční
činidlo:
vodný roztok
močoviny
NOx bez SCR
(mg/Nm3)
(15 % obj. O2
není k dispozici 1528 1388 1460
NOx s SCR
(mg/Nm3)
(15 % obj. O2)
180
(nafta při záţehu)
153 150 145
podíl sníţení
NOx za SCR
není k dispozici 90 % 89 % 90 %
únik NH3
(mg/Nm3)
(15 % obj. O2)
20 < 2,7 ;
čerstvý
katalyzátor
< 2
čerstvý katalyzátor
< 2 čerstvý
katalyzátor
Odkaz na literaturu: /147, Wärtsilä NSD, 2001/; /88, Euromot, 2001/; /171,Ceramics
GmbH, 2002/; /78, Finkeldei, 2000/.
409
6.3 Současná spotřeba a úrovně emisí
6.3.1 Přehled kapalných paliv pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních
Sloţení kaţdého surového oleje je specifické a nelze jej přesně definovat. Jako hrubé
přiblíţení lze říci, ţe se jedná o alicyklické, cyklické a aromatické uhlovodíky; sloučeniny
síry, dusíku, kyslíku a stopy dalších sloučenin, které obsahují Ni, Fe, V, Mo, Cl, F atd..
Těţké oleje jsou produkty získané z různých druhů surové nafty. Jejich sloţení proto kolísá
podle typu surového zdroje. Skládají se převáţně, nebo podstatnou měrou ze zbytků nebo
zůstatkového kalu po rafinaci nafty, tj. z materiálů, které zbývají po zpracování v podobě
kondenzátů. Teplota při destilaci těchto sloţek za atmosférického tlaku přesahuje 540 oC a
objevují se po oddestilování všech ostatních lehčích produktů z proudu, který se podrobil
rafinaci. Některé fyzikální a chemické vlastnosti těţkých olejů se uvádějí v následujících
tabulkách.
Tab. 6.13: Obecné charakteristiky kapalných paliv /58, Eurelectric, 2001/
jednotka motorová
nafta
LTO TTO zbytek po
rafinaci
Obsah:
uhlík % 84 85-88
vodík % 11 8-12
síra % 0,5 < 0,2 < 4 1-4
voda % 0 < 0,02 < 1,5 < 0,5
sediment % 0 < 0,1 < 0,25 < 0,2
sodík ppm 3-200
vanad ppm 50-200 200-350
kinematická viskozita (20 oC) mm2/s > 9,5 > 9,5
kinematická viskozita (100 oC) mm2/s < 40
bod vznětu (vzplanutí) o C > 55 > 55 > 70
hustota při 15 oC kg/dm3 0,85 0,87 0,95-1
spalné teplo MJ/kg > 46 45 43
výhřevnost MJ/kg 42 39,5-41 38-40
Tab. 6.14: Chemické vlastnosti několika běţných těţkých topných olejů
/ 87, Molero de Blas, 1995/
vlastnost vysoce sirnatý středně sirnatý nízkosirnatý
síra (% hm.) 2,2 0,96 0,50
uhlík (% hm.) 86,25 87,11 87,94
vodík (% hm.) 11,03 10,23 11,85
dusík (% hm.) 0,41 0,26 0,16
popel (%) 0,08 0,04 0,02
vanad (ppm) 350 155 70
nikl (ppm) 41 20 10
sodík (ppm) 25 10 < 5
ţelezo (ppm) 13 9 < 5
410
Tab. 6.15: Vlastnosti orimulze /97, Euromot, 2000/
vlastnost jednotky orimulze
hustota kg/m3 při 15
oC 1010
viskozita cSt při 50 oC 350
voda % obj. 28-31
obsah síry % hm. max. 3%
vznikající popel mg/kg 0,14-0,2
vanad mg/kg 300-365
sodík mg/kg 30
hořčík mg/kg 6
výhřevnost MJ/kg 27-28
Obsah dusíku a síry jsou dvěma nejdůleţitějšími chemickými ukazateli. Následující graf
ukazuje rozdělení různých obsahů dusíku a síry v různých typech vakuových zbytků podle
jejich geografického původu. Tyto nákresy ukazují, ţe v mnohých případech je prakticky
nemoţné dosáhnout nízký obsah síry a zároveň nízký obsah dusíku.
Obr. 6.6: Obsah síry a dusíku v těţkých topných olejích (vakuových zbytcích) podle jejich
geografického původu /87, Molero de Blas, 1995 /; /146, UFIP, 2001/
Pro velká spalovací zařízení je z topných olejů nejdůleţitějším palivem těţký topný olej,
vzhledem k tomu, ţe se v těchto závodech pouţívá kvůli vysoké ceně pouze malé mnoţství
lehkého topného oleje. Lehký topný olej má nízký obsah síry, protoţe se z něho síra odstraní
při rafinačním pochodu. Obecně je pouţití těţkého topného oleje bez odsíření spalin omezeno
legislativou států; například ve Finsku je nejvyšší povolený obsah síry v těţkém topném oleji
1 procento.
411
Určité jakosti TTO mohou mít dosti vysoký obsah síry a v těchto případech je nutné spaliny
odsiřovat. Obsah popela v TTO je nízký, obvykle dost pod 0,2 % hm., ale je třeba odloučit ze
spalin tuhé částice. Teplota olejového plamene je vysoká, ale obsah dusíku v oleji je nízký;
výsledkem je nevelké mnoţství NOx /59, Finnish LCP WG, 2000/.
6.3.2 Účinnost spalovacích zařízení na kapalná paliva
Uvádí se, ţe v současné době je účinnost čistých i nových kotlů, které vyuţívají kapalného
paliva okolo 95 % (LVH). Hlavní ztráty pocházejí z odpadního tepla spalin v komíně, z
nespáleného uhlíku v popelu a ztrát sáláním.
6.3.2.1 Techniky ke zvýšení účinnosti kotlů na topný olej
Účinnost kotlů na olej je těsně spjata s charakteristikou paliva a teplotou okolního vzduchu.
Je však moţné některé ukazatele optimalizovat:
nespálený uhlík v popelu: Optimalizace spalování vede k niţšímu obsahu nespáleného
uhlíku v popelu. Je třeba podotknout, ţe technologie pro sniţování NOx při úpravě
spalování mají tendenci zvyšovat nespálený uhlík
přebytek vzduchu: Velikost přebytku vzduchu závisí na typu kotle. V kotlích spalujících
olej je obvykle 5 % přebytek vzduchu. S ohledem na kvalitu spalování (tj. takového, které
souvisí s tvorbou CO a nespáleného uhlíku), korozi a bezpečnost, není často moţné dále
přebytek vzduchu sniţovat
teplota spalin: Teplota spalných plynů opouštějících čistý kotel (v závislosti na typu
paliva) leţí tradičně mezi 120 a 220 oC a předchází se tak kyselé korozi z kondenzace
kyseliny sírové. Některé projekty však zařazují u ohřívačů vzduchu druhý stupeň, aby se
tato teplota sníţila pod 100 oC, ale se speciálním vyvloţkováním ohříváků vzduchu a
komína, coţ ekonomicky tento postup omezuje.
6.3.2.2 Spotřeba energie u pomocných zařízení
Spotřeba energie u pomocných zařízení závisí na řadě parametrů a to na:
míře sniţování znečišťujících látek: moderní zařízení k odsiřování spalin spotřebují více
energie a sniţování znečišťujících látek má obvykle negativní dopad na účinnost
projektu pomocných zařízení: pomocná zařízení u kotle musí být oproti hodnotám
uvedeným v projektu naddimenzovaná, aby snesla veškeré výkyvy parametrů (moţné
úniky, alternativní paliva, potřebu při najíţdění, nadměrné systémy, atd.). Tyto zvolené
technické moţnosti vedou ke spotřebě energie, která není u těchto pomocných zařízení za
specifikovaných podmínek a při navrţeném palivu optimální.
412
6.3.3 Emise do ovzduší
6.3.3.1 Emise do ovzduší ze zařízení kotlů na kapalná paliva
Tab. 6.16: Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na kapalná paliva za běţného provozu
při konstantním zatíţení
technika
spalování
výkon opatření ke
sníţení emisí
emise do ovzduší (mg/Nm3) poznámky
SO2 NOx prach CO NH
3
V Ni ost.
kovy
kotel na
TTO
100-
300
FGDw/SCR/
ESP
130 247 5 17 Závod má 9
jednotek , z
nichţ jedna je
vybavena
SNCR
> 300 FGDw/SCR/
ESP
50 -250 121-131 10-15 50 HCl 0,1-0,2
mg/Nm3
HF=
0,1mg/Nm3
> 300 FGDw/SCR/
ESP
<130 <130 <5 <10 0,6 SO3: 4,5
mg/Nm3
> 300 FGDw/SCR/
ESP
90 60 -90 10 -30 15 -
20
0,1
n.d. ţádné
omezení se
neindikovalo
1700 600-1200 30-1500 >50 topný olej
s 1% S
kotel na
LTO
126 1,1-141 1-3,9 1-
14,6
kombin.
cyklus
spalování
(LTO)
n.d. ţádné
omezení se
neindikovalo
259 129
plynové
turbiny na
kapalné
palivo
n.d. injektáţ vody
nebo páry
30-110 120-350
Vysvětlivky: n.d.= není k dispozici
TTO = těţký topný olej
LTO = lehký topný olej
SNCR = selektivní nekatalytická redukce
FGDw = mokré odsiřování spalin
SCR= selektivní katalytická redukce
ESP= elektrostatický odlučovač
Tabulka 6.17: Výše emisí dioxinů a PAH ze spalování různých paliv /192, TWG, 2003/
substance uhlí těţký topný olej orimulze
dioxiny a furany (pg/Nm3) 2,193 2,492 2,159
PAH ( µg/Nm3) * 0,0606 0,0507 0,0283
* polycyklické aromatické uhlovodíky
413
6.3.3.2 Sniţování emisí NOx z provozních ohříváků uţívaných v průmyslové praxi
Tab. 6.18: Sníţení NOx u různých typů nízkoemisních hořáků
/180, Baukal a Schwarz, 2001/
techniky redukce účinnost sníţení
(%)
hořák s odstupňovaným vzduchem 25-35
hořák s odstupňovaným palivem 40-50
hořáky s nízkým přebytkem vzduchu 20-25
hořák s vnější recirkulací spalin 50-60
hořák s vnitřní recirkulací spalin 40-50
postupné dávkování vzduchu nebo paliva s vnitřní recirkulací spalin 55-75
postupné dávkování vzduchu nebo paliva s vnější recirkulací spalin 60-80
Tab. 6.19: Redukce NOx u provozních ohříváků /180, Baukal a Schwarz, 2001/
techniky redukce sníţené emise
(mg/Nm3)
účinnost sníţení
(%)
nízkoemisní hořáky (NOx) není k dispozici 25-65
trysky s dávkováním vzduchu není k dispozici 35-51
fíbrové hořáky ( s vlákny) 20-40 (spalují plyn)
injektáţ čpavku není k dispozici 43-70
injektáţ močoviny+nízkoemisní hořáky není k dispozici 55-70
SCR 40-80 65-90
SCR + nízkoemisní hořáky 50-80 70-90
6.3.3.3 Emise naměřené u zařízení s motory na kapalné palivo
Tab. 6.20: Emise pevných částic z motorů spalujících kapalné palivo /148, Euromot, 2002/
pevné částice: (palivo TTO) norma ISO 9096 nebo jiná ekvivalentní
metoda:referenční podmínky:15 % obj. O2
TTO: >1 % hm. S a < 0,08 % hm. popela tuhé částice < 75 mg/Nm3
TTO: < 1 % hm. S a < 0,06 % hm. popela,
CCR< 12 % hm.
tuhé částice< 50 mg/Nm3
motorová nafta ( max. 0,02 % hm. popela) tuhé částice < 30 mg /Nm3
Vysvětlivky:
TTO = těţký topný olej
CCR = zbytek uhlíku po spalování
414
Tab. 6.21: Charakteristické emise NOx dosaţitelné s úpravou motoru
/148, Euromot, 2002/ ; /58, Eurelectric, 2001/
typ motoru emise NOx
(palivo: TTO)
poznámky
základní motor optimalizovaný
na nízké NOx
NOx < 2300 mg/Nm3 standardní naftový motor ve
výrobě od roku 2000
motory spalující kapalné palivo NOx = 4800 mg/Nm3 TTO (2,5 % S),
SO2: 3800 mg/Nm3
základní motor optimalizovaný
na nízké NOx ( druhé generace)
NOx < 2000 mg/Nm3 standardní naftový motor
dnešní výroby
zpoţděná injektáţ obvykle aţ 10-20 %
sníţení NOx (závisí na
typu motoru)
vyšší spotřeba paliva závisí na
míře zpoţdění injektáţe,
obvykle aţ o 3 %
přídavek vody NOx<1300-1600 mg/Nm3 vyuţívá se většinou na lodích,
spotřeba paliva roste
Poznámka: referenční podmínky 15 % obj. O2, suchý plyn, teplota O oC, tlak 101,3 kPa.
Stabilní stav 85-100 % zatíţení motoru.
V následujících tabulkách (které vyuţívají měření s vybranými referenčními podmínkami)
jsou následující specifikace: emise jsou v mg/Nm3 (Nm
3 při 0
oC, 101,3 kPa) v suchém plynu,
15 % obj. nebo 5 % obj. kyslíku. Hladina SO2 závisí na obsahu síry v topném oleji a emise
tuhých částic závisejí hlavně na popelnatosti topného oleje. Palivem je těţký topný olej
(TTO), pokud není stanoveno jinak. Stabilním stavem je plné zatíţení motoru.
Tab. 6.22: NOx za pouţití optimalizovaného motoru / 148, Euromot, 2002/
zařízení S (% hm.) v topném
oleji, nebo SO2
MCR= mikrozbytek
uhlíku)
NOx
(jako NO2)
(mg/Nm3)
prach
(ISO 9096 nebo
jiná ekvivalentní
metoda), průměr
poznámky
základní
nízkoemisní
motor
optimalizovaný
na NOx
1,88 % hm. S;
0,05 % hm. popela;
13,8 % hm. MCR
2165-2178 56-60 70 MWel.
elektrárna v
Karibiku
základní
nízkoemisní
motor,
optimalizovaný
na NOx
1,83 % hm. S;
0,06 % hm. popela;
13,6 % hm. MCR
1739-1881 54-61 100 MW el.
elektrárna ve
střední části
USA
Poznámka: referenční podmínky: 15 % obj. O2, suchý plyn
415
Tab. 6.23: Naměřené emise NOx u zařízení s naftovými motory za pouţití SCR
/148, Euromot, 2002/; /167, Rigby a kolektiv, 2001/; /181, Ceramics GmbH, 2002/;
/78, Finkeldei, 2000/
zařízení
S (% hm.)
v topném
oleji, nebo
SO2
NOx
(jako NO2)
(mg/Nm3)
průměrná výše
prachu
(mg/Nm3)
(ISO 9096 nebo
jiná ekvivalentní
metoda)
poznámky
SCR 0,45% hm. S 325
(suchý plyn,
15 % obj. O2
44 30 MWel. elektrárna v Asii
SCR nafta:
DIN 51603 a
DIN 590
> 90% sníţení
na méně neţ
90 mg/Nm3
(při 5% O2)
není k dispozici elektrárna s naftovým motorem
v Německu má: 4 reaktory
SCR,
4 jednotky s dávkováním
močoviny čerpadly, 4 redukční
systémy ke sníţení CO z
> 70 % CO na < 20 mg/Nm3
(5 % O2)
SCR plynový olej 180 mg/Nm3
(15 % O2)
není k dispozici 31,6 MWel. elektrárna CHP
(s kombinovaným cyklem) v UK
SCR TTO (2-
3%S)
153 mg/Nm3
(15 % O2)
není k dispozici 34 MW elektrárna
SCR TTO (1% S) 91 mg/Nm3
(15 % O2)
není k dispozici 3,8 MW k lodnímu pohonu
SCR motorová
nafta
150 mg/Nm3
(15 % O2)
není k dispozici 21 MW elektrárna CHP
( s kombinovaným cyklem)
SCR LTO 145 mg/Nm3
(15 % O2)
není k dispozici 49 MW elektrárna
Vysvětlivky:
SCR=selektivní katalytická redukce; TTO= těţký topný olej; LTO=lehký topný olej
Tab. 6.24: Primární metoda: vyuţívá se přídavku vody /148, Euromot, 2002/
zařízení S (% hm.) v topném
oleji, nebo SO2
NOx
(jako NO2)
(mg/Nm3)
průměrná výše
prachu (mg/Nm3)
(ISO 9096 nebo jiná
ekvivalentní metoda)
poznámky
nízkorychlostní
motor +
přídavek vody
2 % hm. S v TTO 1540 55 20 MWel.
elektrárna v
Karibiku
poznámka: (suchý plyn, 15 % obj. O2)
416
6.3.3.4 Emise do vody
Tab. 6.25: Emise do vody ze spalovacích zařízení na topný olej při běţném provozu a
konstatním zatíţení
technika
spalování
původ
odpadní
vody
úprava
odpadní vody
koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
hydrazin nerozp.
látky
sírany siřičitany fluoridy Hg sirníky
kotel na
TTO
mokré
odsíření
spalin
filtrace
sráţení
flokulace
sedimentace
neutralizace
7,3 2130 20 3,3 0,002
úprava
kondenzátu
a napájecí
vody
neutralizace
sedimentace
17 0,8
Tab. 6.26: Emise do vody ze spalovacích zařízení na topný olej při běţném provozu
a konstantním zatíţení
TS
původ
OV
úprava
OV
měrný
průtok
OV
m3/MWt
koncentrace v odpadní vodě (mg/l)
Cl AO
X
ChSK P N Zn Cr Cd Cu Pb Ni+V
kotel
na TTO
mokré
odsíření
spalin
filtrace
sráţení
flokul.
sedim.
neutral.
0,11 9,2 27,9 85 0,01 0,1 5 0,1 0,1 0,058
úprava
konden-
zátu a
napájecí
vody
neutral.
sedim.
0,056 1 840
CHP
(LTO)
úprava
konden-
zátu a
napájecí
vody
neutral.
sedim
0,32 0,03
1
16,5 0,16 43,5 0,078 0,003
8
0,0003 0,0044 0,0053 0,003
6
Vysvětlivky: TS= technika spalování; OV= odpadní voda; CHSK= chemická spotřeba kyslíku;
flokul.=flokulace; sedim.=sedimentace; neutral.= neutralizace kond.= kondenzát;
CHP=kombinovaný cyklus spalování ; TTO= těţký topný olej; LTO= lehký topný olej
6.3.3.5 Odpady a odpadní zbytky
Vedle zbytků ze spalování a úpravy spalin (popelů) a sádrovce z odsiřovací jednotky budou
ostatní odpady a odpadní zbytky z elektrárny předmětem pomocných činností, jako je údrţba
a úprava vody. Odpadní látky spojené s těmito podpůrnými činnostmi se mohou týkat
kovového šrotu, pouţitého oleje, obalových materiálů, kapalin pouţitých k odkalování
kompresorů či plynových turbin, ionexy a aktivní uhlík. Vytvoří se i obyčejné domácí
odpady.Tabulky 6.27 a 6.28 poskytují údaje o průměrných ročních mnoţstvích odpadních
zbytků z konvenční elektrárny na topný olej.
417
Tab. 6.27: Odpadní zbytky z úpravy napájecí vody /58, Eurelectric, 2001/
odpadní zbytky průměrná roční mnoţství
(t/MW)
zbytky vápna z oduhličování surové (čerstvé) vody 0
vyčerpaná ionexová pryskyřice 0,003
zbytky z prosévání, shrabky 0,033
kal hydroxidu ţelezitého 0,937
břečka ze sedimentace 2,056
Tab.6.28: Odpady z úpravny odpadní vody u firmy Eurelectric /58, Eurelectric, 2001/
odpadní zbytky průměrná roční mnoţství (t /MW)
kal z úpravy odpadní vody po odsiřování spalin 0,371
odpadní zbytky z úpravy provozní vody 0,19
neutralizace kalové břečky 0,004
odpadní zbytky z vypírání a promývací vody 0,169
zbytky ze separátorů 0,293
sedimenty 2,338
Tabulky 6.29 a 6.30 poskytují příklady analýz spodních (loţových) popelů a popílků ze
spalovacích zařízení na kapalná paliva.
Tab. 6.29: Analýza spodního popela ze dvou různých zařízení /192, TWG, 2003/
ukazatel jednotka zařízení A zařízení B
Cl % < 0,01
F % < 0,001
S % 0,11
As mg/kg 8,8 5
B mg/kg 158,0
Ba mg/kg 850
Be mg/kg 1,0
Bi mg/kg 3,3
Co mg/kg 44,0
Cr mg/kg 204,7 127,7
Cu mg/kg 63,2 92,8
Li mg/kg 81,0
Mn mg/kg 582,5
Mo mg/kg 3,8
Ni mg/kg 214,9 94,0
Pb mg/kg 9,9 9,0
Se mg/kg 0,6 pod mezí detekce
Sn mg/kg 22,7
V mg/kg 96,6 204,2
Zn mg/kg 38,9 89,0
celkový uhlík (jako C) % C 7,93
418
Tab. 6.30: Analýza popílků ze čtyř různých zařízení /192, TWG, 2003/
ukazatel jednotka zařízení
A
zařízení
B
zařízení
C
zařízení
D
Cl % <0,1 0,01 0,01
F % <0,001 0,005
S % <1 0,52
PCDD/PCDF ng TEQ/kg <1
Ag mg/kg 0,3
As mg/kg 106,0 <50 32,5 75
B mg/kg 231,0
Ba mg/kg 3170
Be mg/kg 8,0
Cd µg/kg 740 <500 pod mezí detekce <1000
Co mg/kg 81,5 1
Cr mg/kg 194,9 <400 150,5 321
Cu mg/kg 88,4 <100 155,5 767
Hg µg/kg 860 <1000 <0,2 <1000
Li mg/kg 131,0
Mn mg/kg 510,0 487
Mo mg/kg 12,5
Ni mg/kg 90,0 <250 197,2 89
Pb mg/kg 45,2 <100 81,2 45
Sb mg/kg pod mezí detekce
Se mg/kg 2,8 pod mezí detekce
Sn mg/kg 6,7
Tl mg/kg <2 pod mezí detekce
celkový uhlík (jako C) % C <8 1,75
V mg/kg 263,6 301,1 280
W mg/kg 2,0
Zn mg/kg 236,1 < 300 209,5 290
PCDD/PCDF ng TE/kg <1 209,5 (?) 290 (?)
Tabulka 6.31 ukazuje analýzu filtračního koláče, který se vytvořil u různých spalovacích
zařízení.
419
Tab. 6.31: Analýza filtračního koláče ze tří zařízení /192, TWG, 2003/
ukazatel jednotka zařízení A zařízení B zařízení C
Cl mg/kg 1,3
F mg/kg 0,26
TS 40 ºC % 44,3-58,6 57,1-66,7
C % 13,0-34,9 2,5-6,8
křemičitany % 1,2-4,0 7,5-14,2
sírany % 24,2-43,1 10,0-35,7
uhličitany % 1,0-3,9 2,7-7,8
Al % 0,077-1,413 1,78-24,33
As mg/kg 1-16 16-46 41
Ba % 0,005-0,010 0,029-0,093
Ca % 14,83-19,52 17,78-25,28
Cd µg/kg pmd * pmd* 4,000
Co mg/kg 33-99 13-35 182
Cr mg/kg 8-76 25-66 93
Cu mg/kg 16-46 43-91 90
Fe % 0,43-0,90 2,6-4,48
Hg µg/kg pmd* pmd* 76
K % 0,020-0,094 0,31-0,64
Na % 0,025-0,115 0,14-0,32
Mg % 3,09-8,22 0,27-0,52
Mn % 0,014-0,033 0,04-0,12 2200
Mo mg/kg 2-62 2-12
Ni % 0,170-0,491 0,002-0,006 11100 (mg/kg)
Pb mg/kg 21-47 25-66 103
Sb mg/kg 10-21 1-12
Sn mg/kg pmd – 4 * 2-10
V % 0,450-0,794 0,01-0,02 34000 (mg/kg)
Zn mg/kg 19-425 82-342 758
Vysvětlivky:
* pmd= pod mezí detekce
6.3.3.6 Odpadní zbytky z úpravny odpadních vod
Následující tabulka ukazuje jako příklad elementární analýzu filtračního koláče z kalolisu
úpravny odpadní vody, která se provozuje u elektrárny na těţký topný olej s průměrným
obsahem síry 1,89 %. Zařízení je vybaveno SCR (selektivní katalytickou redukcí) a mokrým
elektrostatickým odlučovačem a jednotkou mokrého odsiřování spalin.
420
Tab. 6.32: Příklady elementární analýzy filtračního koláče z kalolisu úpravny odpadní vody,
která se provozuje u elektrárny na těţký topný olej /192, TWG, 2003/
zkušební
norma
jednotka provozní*
zkušenost
minimální
hodnota
maximální
hodnota
průměrná
hodnota
suchá
substance při
105 ºC
OeN G 1074 % 43,4 64m3 50,7
uhlík OeN G 1072 % C < 15 14,6 28,7 21,2
křemičitany gravimetricky % SiO2 < 40 2,1 4,1 3,0
sírany DIN 38405-D19 % SO4 < 65 21,6 51,2 37,7
oxid uhličitý OeN G 1072 % CO2 0,6 10,6 3,7
hliník DIN 38406-E22 % Al < 10 0,188 0,390 0,298
arsen DIN 38406-E22 ppm As < 30 11 36 22
bárium DIN 38406-E22 % Ba < 0,2 0,007 0,016 0,010
berylium DIN 38406-E22 ppb Be < 10 n.d. n.d. n.d.
vápník DIN 38406-E22 % Ca < 30 9,79 14,07 11,77
kadmium DIN 38406-E22 ppb Cd < 10 n.d. n.d. n.d.
kobalt DIN 38406-E22 ppm Co < 30 29 74 53
chrom DIN 38406-E22 ppm Cr < 200 11 41 20
měď DIN 38406-E22 ppm Cu < 100 12 46 27
ţelezo DIN 38406-E22 % Fe < 10 0,65 1,74 0,98
rtuť OeN ISO 5666 ppb Hg < 10 n.d. n.d. n.d.
draslík DIN 38406-E22 % K Σ < 1 0,015 0,054 0,033
sodík DIN 38406-E22 % Na 0,027 0,127 0,057
hořčík DIN 38406-E22 % Mg < 10 5,15 8,53 6,35
mangan DIN 38406-E22 % Mn < ,5 (?) 0,026 0,061 0,038
molybden DIN 38406-E22 ppm Mo < 100 30 96 55
nikl DIN 38406-E22 % Ni < 0,5 0,106 0,448 0,262
olovo DIN 38406-E22 ppm Pb < 500 23 109 54
antimon DIN 38406-E22 ppm Sb < 30 2 37 20
stříbro DIN 38406-E22 % Ag n.d. n.d. n.d.
cín DIN 38406-E22 ppm Sn < 500 n.d. 7 1
thálium DIN 38406-E22 ppb Tl < 10 n.d. n.d. n.d.
vanad DIN 38406-E22 % V < 2 0,045 0,989 0,561
zinek DIN 38406-E22 ppm Zn < 1,000 94 282 170
* směrné hodnoty
palivo: těţký topný olej ( průměrná hodnota obsahu síry: 1,89 %)
421
6.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování kapalných
paliv
Tato část uvádí techniky, které se zvaţují při určování BAT pro prevenci nebo sniţování
emisí ze spalování kapalných paliv a jako opatření ke zvýšení tepelné účinnosti. Všechny jsou
v současné době komerčně dostupné. Všechny zvaţované techniky se popisují na všeobecné
bázi, ale pro většinu technik se uvádějí podrobné popisy v kapitole 3 a některé příklady těchto
technik uvádí část 6.2. Podrobně se předvádí působení těchto technik na ţivotní prostředí,
pouţijí-li se v reálných situacích. V zásadě se techniky popsané v kapitole 3 vyuţívají do
značné míry při spalování kapalných paliv a má se na ně obecně pohlíţet jako na techniky, o
nichţ se uvaţuje při určování BAT. Podrobnější popisy uvádí kapitola 3.
Aby se zamezilo v tomto dokumentu opakování, je třeba se vrátit k části 3.15 O systému
řízení s ochranou ţivotního prostředí (EMS).
422
6.4.1 Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s kapalným palivem a aditivy
Tab. 6.33: Techniky pro vykládku, skladování a manipulaci s kapalným palivem a aditivy
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
zásobníky
umístěny uvnitř
retenční nádrţe
sníţené
riziko
kontaminac
e vody a
půdy
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
retenční nádrţ má
podle projektu
udrţet celý nebo
část objemu (75
% max. kapacity
všech zásobníků,
nebo alespoň
maximální objem
největšího z nich
systémy automat.
regulace pro
prevenci
přeplnění
skladovacích
nádrţí
sníţené
riziko
kontaminac
e vody a
půdy
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
zdvojené stěny
potrubí s automat.
kontrolou
prostoru mezi
stěnami u
podzemního
potrubí
sníţené
riziko
kontaminac
e vody a
půdy
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
pravidelná revize
skladovacích
zařízení a potrubí
sníţené
riziko
kontaminac
e vody a
půdy
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
skladování vápna
a vápence
v uzavřených
silech
s omezením
prachu
sníţení
emisí
jemných
částic
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
izolované
povrchy
s drenáţními
systémy (včetně
olejových jímek)
prevence
kontaminac
e půdy a
spodní vody
moţná moţná velká ţádné náklady na
úpravu
odpadní
vody
zachycená
drenáţní voda se
musí upravit, aby
se předešlo
kontaminaci vody
palivem a
mazacím olejem
skladování
čpavku jako
vodného roztoku
vyšší
bezpečnost
moţná moţná velká menší
riziko
skladování,
neţ při
skladování
stlačeného
kapalného
čpavku
není
k dispozici
Vysvětlivky. RE-MO= zařízení k rekonstrukci či modernizaci
423
6.4.2 Techniky pro zvýšení účinnosti kotlů na kapalná paliva
Tab. 6.34: Techniky pro zvýšení účinnosti kotlů na kapalná paliva technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
REMO *
cyklus spalování
kogenerace tepla
a elektřiny
zvýšená
účinnost
moţná velmi
omezená
velká
změna lopatek
turbiny
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká ţádné není
k dispozici
lopatky parní
turbiny se mohou
během provádění
pravidelné údrţ-
by zaměnit za
trojrozměrné
vyuţití moder-
ních materiálů
k dosaţení
vysokých
parametrů páry
zvýšená
účinnost
moţná není
moţná
v praxi u
nových
zařízení
ţádné není
k dispozici
vyuţití moderních
materiálů umoţ-
ňuje tlaky páry
300 barů a teploty
páry 600oC
nadkritické
parametry páry
zvýšená
účinnost
moţná není
moţná
v praxi u
nových
zařízení
ţádné není
k dispozici
dvojí ohřev zvýšená
účinnost
moţná velmi
omezená
v praxi
hlavně u
nových
zařízení
ţádné není
k dispozici
ohřev napájecí
vody z
rekuperace tepla
zvýšená
účinnost
moţná někdy
moţná
v praxi u
nových a
některých
stávajících
zařízení
ţádné není
k dispozici
nová zařízení
vyuţívají aţ 10
etap ohřevu, coţ
zvýší teplotu
napájecí vody asi
na 300 oC
moderní řízení
podmínek spalo-
vání a výkon
kotle počitačem
při současném
sníţení emisí
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká ţádné specifické
pro zařízení
optimalizace energie u vybavení strojního zařízení
nízký přebytek
vzduchu
zvýšená
účinnost a
sníţené
emise NOx
i N2O
moţná moţná velká ţádné není
k dispozici
sníţení teplot
výstupního plynu
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká není
k dispozici
sníţená
koncentrace CO
ve spalinách
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká nízké emise
NOx vedou
k vyšším
úrovním
CO
není
k dispozici
emise NOx a CO
je třeba
optimalizovat
akumulace tepla moţná moţná není k
dispozici
při CHP se zvýší
vyrobená energie
*: RE-MO= zařízení k rekonstrukci či modernizaci; CHP= kombinovaná výroba tepla a elektřiny
424
Tab. 6.35: Techniky pro zvýšení účinnosti kotlů na kapalná paliva (pokrač. tab. 6.34) technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
čištění spalin a vypouštění
vypouštění
přes
chladící věţ
ohřev spalin za
odsiřovacím
zařízením není
nutný
moţná moţná velká komín není
potřeba
ţádné přídavné
náklady na stavbu a
údrţbu komína
chladící systém
různé
techniky
Viz BREF o
chlazení
Vysvětlivky: RE-MO = zařízení k rekonstrukci či modernizaci
6.4.3 Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů
Tab. 6.36: Techniky pro prevenci a sniţování emisí prachu a těţkých kovů technika Přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
cyklus spalování
nízkopopelnaté ka-
palné palivo s níz-
kým obsahem síry
nebo zemní plyn
sníţení emisí
tuhých částic
a SO2
moţná moţná velká ţádné
ESP
(elektrostatický
odlučovač)
sníţení emisí
tuhých částic
a těţkých
kovů
moţná moţná velká ţádné ESP se u kotlů
značně vyuţívají.
Sekund. metody
jsou u naftových
motorů nové.
Staví se první
komerční ESP
tkaninový filtr sníţení emisí
tuhých částic
zejména jem-
ného prachu
(PM 2,5 a
PM 10) a
těţkých kovů
moţná moţná velká ţádné tkaninový filtr je
méně důleţitý neţ
ESP kvůli vyšší-
mu riziku ohně,
které lze sníţit, při
kombinaci tkani-
nového filtru
s odsiřováním
spalin
filtr pevných částic
pro motory spalující
kapalná paliva
sníţení emisí
tuhých částic
zejména sazí
moţná omezená sekundární čistící
zařízení tuhých
částic se v součas-
né době vyvíjí pro
větší naftové
motory
aditiva ke spalování sníţení
prachu u
zdroje
moţná moţná Velká 1-3 % ceny
paliva
nízkoasfaltenový
topný olej
sníţení emisí
prachu u
zdroje
moţná moţná méně neţ
10% ceny
paliva
Vysvětlivky: RE-MO = zařízení k rekonstrukci či modernizaci
425
6.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2
Tab. 6.37: Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 (primární opatření) technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
primární opatření
pouţití
nízkosirného
topného
oleje
sníţení emisí
SO2 u zdroje
moţná moţná velká závisí na
typu a jakosti
topného oleje
spalování
oleje a plynu
sníţení emisí
SO2 u zdroje
moţná moţná velká současné
sníţení
NOx a
emisí CO2
závisí na
cenách paliv
můţe napomoci
optimalizaci spotřeby
energie
spalování ve
fluidním loţi
sníţení emisí
SO2 uvnitř
kotle
moţná není
moţná
dobrá současné
sníţení
emisí NOx
platí při spoluspalování
s pevným palivem
Tab.6.38: Techniky pro prevenci a sniţování emisí SO2 (sekundární opatření) technika přínos
pro ŢP
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
REMO
*
sekundární opatření
mokrá
vápno-
vápencová
metoda
s produkcí
sádrovce
sníţení
emisí SO2,
prachu,
moţná,
ale málo
kdy
pouţitá
pro
zařízení
pod 100
MWtep.
moţná velká pouţitím vápna,
mohou být emise
As, Cd, Pb a Zn
trochu vyšší;
emise do vody;
kdyţ se odpadní
plyny nepřihřejí,
tvoří se na
komíně vlečka
specifické
pro zařízení
náklady na mokrou
metodu jsou vysoké a tato
technika je ekonom.
řešením pouze pro větší
zařízení. Stávající mokré
pračky se mohou zlepšit
optimalizací profilu
nátoku do absorbéru
vypírání
mořskou
vodou
sníţení
emisí SO2,
prachu,
moţná moţná velká tendence sníţit
hodnotu pH u
výtoku vody a
zanést TK a
zbytky popela do
prostředí moře
specifické
pro zařízení
vyuţití pračky na
mořskou vodu značně
závisí na specifické
situaci z důvodu dopadu
znečištění na mořské
prostředí
ostatní typy
mokrých
vypíracích
metod
sníţení
SO2
moţná,
ale málo
uţívaná
na nová
zařízení
závisí
na
kaţdém
zaříz.
velmi
omezená
závisí na
technice
není
k dispozici
sníţení ostatních
znečišťujících látek závisí
na specifické technice
rozprašova-
cí sušárna
(RS)
sníţení
emisí SO2,
moţná moţná velká odpady, které je
třeba uloţit na
skládku
specifické
pro zařízení
u RS se tvoří hlavně
prach, emise se sniţují
jen ve spojení s účinným
odlučovacím zařízením
(ESP, TF)
ostatní sníţení
SO2 a také
NOx při
kombinaci
technik
moţná,
ale málo
uţívaná
na nová
zařízení
závisí
na
kaţdém
zaříz.
velmi
omezená
není
k dispozici
sníţení dalších
znečišťujících látek závisí
na specifické technice
Vysvětlivky: RE-MO = zařízení k rekonstrukci či modernizaci ; TK = těţké kovy
ESP = elektrostatický odlučovač; TF = tkaninový filtr; ŢP = ţivotní prostředí
426
6.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
Tabulka 6.39: Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a N2O
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
primární opatření u kotlů a provozních ohříváků
nízký přebytek
vzduchu
sníţení emisí
NOx, CO,
uhlovodíků a
N2O, zvýšení
účinnosti
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
pouze u kotlů a
provozních ohříváků
postupné
přidávání
vzduchu
moţná,. moţná velká specifické
pro zařízení
pouze u kotlů a
provozních ohříváků
recirkulace
spalin
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
pouze u kotlů a
provozních ohříváků
nízkoemisní
hořáky
(moderní,druhé a
třetí generace)
sníţení NOx moţná moţná velká tendence
k nedoko-
nalému
spalování
specifické
pro zařízení
jen u kotlů a provoz.
ohříváků; starší
zařízení mohou mít
problémy s délkou
plamene moderních
nízkoemis. hořáků
dospalování sníţení NOx moţná moţná velká specifické
pro zařízení
jen pro kotle
primární opatření pro motory a plynové (spalovací) turbiny
modifikace
motorů
(část 6.1.10.3.3)
sníţení NOx moţná není
moţná
velká specifické
pro zařízení
pouze pro motory
přímá injektáţ
páry
sníţení NOx moţná moţná velká zvýšená
spotřeba
paliva
pouze pro naftové
motory a plynové
turbiny
přímá injektáţ
vody
sníţení NOx moţná moţná omezená zvýšená
spotřeba
paliva
pouze pro naftové
motory a plynové
turbiny
injektáţ emulze
vody s palivem
nebo vlhkého
vzduchu
sníţení NOx moţná moţná omezená pouze pro naftové
motory a plynové
turbiny
sekundární opatření
selektivní
nekatalytická
redukce
(SNCR)
sníţení
NOx, je
mnohem
menší neţ
s SCR
moţná moţná velká únik NH3 a
tvorba solí
síranu
amonného
specifické
zařízení
pouze u kotlů a
provozních ohřívačů
selektivní
katalytická
redukce (SCR)
sníţení
NOx
moţná moţná velká únik NH3
specifické
zařízení
pro kotle, provozní
ohříváky a naftové
motory na TTO
kombinované
techniky
sníţení
NOx a SO2
moţná omezená omezená omezená není k
dispozici
kombinované tech.
mají jen malý podíl
na trhu oproti
technikám SCR
Vysvětlivky: RE-MO= zařízení k rekonstrukci či modernizaci;
TTO= těţký topný olej; SCR= selektivní katalytická redukce
427
6.4.6 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody
Tab. 6.40: Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenosy
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
mokré odsiřování spalin
úprava vody
flokulací, nebo
sedimentací,
odstranění
fluoridů,
těţkých kovů,
CHSK a
pevných částic
moţná moţná velká kal lze přidat do
uhlí, zpět do
zařízení k
odsiřování spalin
nebo jako plnivo
do dolů
specifické
pro zařízení
sníţení NH3 při
strhávání
vzduchem,
sráţením a
biologickým
odbouráváním
sníţení obsahu
čpavku
pouţitelné pouze
je-li obsah NH3
v odpadní vodě
vysoký kvůli
SCR/ SNCR
pouţitým před
odsiřováním
velká specifické
pro zařízení
provoz
s uzavřeným
okruhem
omezené
vypouštění
odpadní vody
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
regenerace demineralizačních nádrţí a kondenzačních nádob
neutralizace a
sedimentace
omezené
vypouštění
odpadní vody
moţná moţná velká kal je třeba
odvodnit a
zneškodnit
specifické
pro zařízení
vyplavování
neutralizace jen při alkalickém
provozu
velká specifické
pro zařízení
vymývání kotlů (odkalování), ohříváků vzduchu a sráţecí nádrţe
neutralizace a
provoz
s uzavřeným
okruhem, nebo
náhrada suchými
metodami čištění
sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
splachování povrchu
sedimentace nebo
chemická úprava
a opětné vyuţití
v závodě
sníţené
mnoţství
vypouštěné
odpadní vody
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
vyuţití systémů
lapačů oleje
menší riziko
kontaminace
vody a půdy
moţná moţná velká
Vysvětlivky: RE-MO = zařízení k rekonstrukci či modernizaci
CHSK = chemická spotřeba kyslíku
428
6.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spalování kapalných paliv
Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě
tohoto dokumentu a zejména k 5. části předmluvy: „ Jak pochopit a pouţít tento dokument“ .
Techniky a s nimi spojené emise a /nebo úrovně spotřeb, nebo rozmezí úrovní, které se
předkládají v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje
následující kroky:
identifikaci klíčových problémů odvětví ve vztahu k ţivotnímu prostředí, jimiţ jsou emise
do ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování
odzkoušení technik, které nejlépe řeší tyto klíčové problémy
identifikaci úrovní provozu nejohleduplnějších k ţivotnímu prostředí na základě údajů
dostupných v Evropské Unii a ve světě
odzkoušení podmínek, za kterých se tyto úrovně provozu dosahovaly; jsou jimi náklady,
přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro zavedení těchto
technik
výběr nejlepších dostupných technik (BAT) a s nimi spojených emisí a /nebo úrovní
spotřeb pro toto odvětví v obecném smyslu vše v souladu s článkem 2, odstavec 11 a
přílohou IV Směrnice 96/61/EC.
Klíčovou úlohu u kaţdého z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají,
hrálo posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající technické pracovní
skupiny.
Na základě takového posudku se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou
k dispozici (BAT) a pokud moţno i s nimi spojené emise a úroveň spotřeb, které se povaţují
za přiměřené pro odvětví jako celek a v mnohých případech odráţejí současné výkony
některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb spojené s
„nejlepšími dostupnými technikami“, je třeba to chápat jako mínění, ţe takové úrovně, které
prokazují působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění
popsaných technik v tomto odvětví při zohlednění rovnováhy nákladů a výhod, coţ je
nedílnou součástí definice BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní
spotřeby a neměly by se takto chápat. V některých případech můţe být technicky moţné
dosáhnout lepších úrovní emisí nebo spotřeb, ale se zřetelem k započteným nákladům nebo
důvodům, které se týkají přenosu dopadů prostředím, je nelze povaţovat za vhodné BAT pro
odvětví jako celek. Takové úrovně lze však povaţovat za oprávněné ve specifičtějších
případech, kde je k tomu speciální motivace.
Na úrovně emisí a spotřeb spojených s pouţitím BAT je třeba pohlíţet v souvislosti se
specifickými referenčními podmínkami ( např. při zprůměrování v daném období).
Pojem „ úrovně spojené s BAT“ popsaný výše je třeba odlišovat od termínu „ dosaţitelná
úroveň“, pouţívaný kdekoliv v tomto dokumentu. Tam, kde je úroveň popsána jako
„dosaţitelná“ při pouţití určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako názor,
ţe lze očekávat, ţe se dané úrovně dosáhne za určité podstatné období při dobře udrţovaném
a provozovaném zařízení, nebo postupu, kdy se pouţívá těchto technik.
429
Tam, kde jsou k dispozici údaje o nákladech, uvedou se společně s popisem technik
představených v předchozí kapitole. Ty udávají hrubé údaje o velikosti započtených nákladů.
Ale skutečné náklady na uplatněné techniky budou velmi záviset na specifické situaci
zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. V tomto
dokumentu není moţné vyhodnotit do důsledků takové místně specifické faktory. Pokud
nebudou údaje týkající se nákladů k dispozici, budou závěry o ekonomické realizovatelnosti
odvozeny ze sledování u stávajících zařízení.
Je záměrem, aby se obecné BAT v této kapitole staly referenčními body, proti kterým se
posoudí současný výkon stávajícího zařízení, nebo zdůvodní návrh na zařízení nové. Tímto
způsobem budou napomáhat při určování vhodných podmínek zaloţených na BAT pro
zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavec 8.
Předpokládá se, ţe nová zařízení se mohou projektovat tak, aby se provozovala na stejných
úrovních jako obecné BAT, které se zde předkládají, nebo dokonce ještě na lepších.
Uvaţuje se o tom, ţe by stávající zařízení mohla postupem času dosáhnout úrovní obecných
BAT nebo lepších, coţ je u kaţdého případu předmětem technických moţností a ekonomické
dostupnosti .
Přestoţe dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, povaţují se za zdroj informací
pro nasměrování průmyslu, členských států a veřejnosti na úrovně emisí a spotřeb, kterých
lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Přiměřené emisní limity pro jakýkoliv
specifický případ bude třeba stanovit se zřetelem k cílům Směrnice IPPC a místním
okolnostem.
Aby se v tomto dokumentu zabránilo opakování, je třeba se vrátit k BAT u Systémů řízení s
ochranou ţivotního prostředí (EMS) v části 3.15.1.
430
6.5.1 Vykládka, skladování a manipulace s kapalným palivem a aditivy
BAT pro prevenci úniků při vykládání, skladování a manipulaci s kapalnými palivy, ale také s
aditivy jako je vápno, vápenec, čpavek atd. se uvádějí v souhrnu v tabulce 6.41.
Tab. 6.41: BAT pro vykládku, skladování a manipulaci s kapalným palivem a aditivy
materiál znečišťující
látka
BAT
( není to vyčerpávající seznam)
kapalné
palivo
kontaminace
vody
vyuţití systémů skladování kapalného paliva, které spočívají
v nepropustných záchytných vanách, jeţ mají kapacitu
schopnou pojmout obsah 50 – 75 % maximálního objemu
všech nádrţí nebo alespoň maximální objem největší z nich.
Skladovací prostory se mají projektovat tak, aby úniky
z horních částí zásobníků a z předávacích systémů byly
zachyceny a zůstaly uvnitř záchytné vany. Obsah zásobníků
se má sledovat čidly za pouţití připojeného signálního
zařízení. Můţe se vyuţít plánovaných dodávek a systémů
automatické regulace, aby se předešlo přeplnění zásobních
nádrţí
potrubí bezpečně umístěné v otevřeném prostoru nad zemí,
tak, ţe se mohou detekovat úniky a mohlo se předejít škodám
z vozidel a dalšího strojního vybavení. Pokud je potrubí
v zemi, bude zdokumentována jeho trasa a vyznačena při
zabezpečení prováděných výkopových prací. Podzemní
potrubí bude mít dvojité stěny s automatickou kontrolou
meziprostoru a speciální konstrukcí potrubí (ocelové trubky,
svařované spoje a ţádné ventily v podzemní části atd.)
splachování povrchu (dešťovou vodou), která by se mohla
kontaminovat jakýmkoliv rozlitým palivem ze skladu a
z manipulace, se musí zachycovat a před vypuštěním upravit
vápno a
vápenec
uzavřené dopravníky, systémy pneumatické dopravy a sila
s dobře vyprojektovaným výkonným odsáváním a filtračním
zařízením v místech překládání na dopravníky, aby se
předešlo emisím prachu
čistý
zkapalněný
čpavek
riziko
čpavku pro
zdraví a
bezpečnost
při manipulaci a skladování čistého zkapalněného čpavku
budou mít tlakové zásobníky čistého zkapalněného čpavku o
objemu nad 100 m3 dvojité stěny a budou umístěny pod
úrovní terénu; zásobníky o objemu 100 m3 a menší budou
vyrobeny z ušlechtilé oceli (za pomoci procesů ţíhání)
z bezpečnostního hlediska je oproti skladování a manipulaci
s čistým zkapalněným čpavkem méně rizikové pouţít
vodného roztoku čpavku
431
6.5.2 Předúprava kapalných paliv vyuţívaných v motorech a plynových turbinách
U motorové nafty, která se pouţívá jako palivo v plynových turbinách a motorech se povaţují
za BAT zařízení na předběţnou úpravu paliva, coţ tvoří jednotky na čištění motorové nafty
se samočistícím typem odstředivek nebo na elektrostatické bázi. Při spalování těţkého
topného oleje obsahují zařízení na úpravu paliva ohříváky pro ohřev TTO ( typu elektrického
nebo parního vinutí); dávkovací deemulgační systémy pro rozráţení olejových emulzí;
odlučovače (odstředivkové nebo elektrostatického typu) pro odstraňování pevných nečistot a
systémy dávkování aditiv ke zvyšování bodu tání oxidačních produktů vanadu. Odkaz je
uveden u opatření popsaných v části 6.1.2.2 a 6.1.2.3 tohoto dokumentu.
6.5.3 BAT pro kotle na kapalná paliva
6.5.3.1 Tepelná účinnost
Při sniţování skleníkových plynů, zejména při vypouštění CO2 ze spalovacích zařízení na
kapalná paliva jsou z dnešního pohledu nejlepší moţností volby techniky a provozní opatření,
která zvyšují tepelnou účinnost. To souvisí s pouţitím pokročilých řídících systémů
ovládaných počítačem, které regulují spalovací podmínky tak, aby se dosáhlo maximálního
sníţení emisí a co nejvyššího výkonu kotle. Sekundární opatření pro záchyt a zneškodnění
CO2 tak, jak se uvádí v příloze 10.2 tohoto dokumentu jsou ve velmi ranném stádiu vývoje.
Tyto techniky mohou být k dispozici v budoucnosti, ale nemohou se ještě povaţovat za BAT.
U kondenzačních elektráren se energetická účinnost vztahuje k měrnému teplu (energetický
příkon paliva/ energetický výkon v rámci elektrárny) a účinnost elektrárny se zde chápe jako
inverzní hodnota měrného tepla, tj. procentuelní mnoţství vyrobené energie ku energetickému
příkonu paliva. Energie paliva se měří jako výhřevnost. Při uplatnění opatření vyjmenovaných
v části 6.4.2 určených ke zlepšení tepelné účinnosti, jako je dvojí ohřev (přihřívání spalin před
výstupem) a vyuţití nejmodernějších vysokoteplotních materiálů, mohou kondenzační
elektrárny spalující kapalné palivo dosáhnout srovnatelných účinností se zařízením na černé
uhlí.
Kogenerace tepla a elektřiny je jedním z technicky i ekonomicky nejúčinnějších prostředků ke
zvýšení energetické účinnosti systému dodávky energie. Kogenerace se proto povaţuje za
nejvýznamnější moţnost volby BAT ke sníţení mnoţství CO2 vypouštěného do atmosféry na
jednotku vyrobené energie. Kogenerace proto bude pro jakoukoliv novou stavěnou elektrárnu
cílem, kdekoliv to bude ekonomicky realizovatelné, tj. kdekoliv je v místě dost vysoká
potřeba tepla, aby garantovala stavbu draţšího kogeneračního závodu namísto jednoduššího
zařízení pouze pro samostatnou výrobu tepla nebo elektřiny. Protoţe potřeba tepla během
roku kolísá, musí být kogenerační závody velmi flexibilní, co se týče poměru produkovaného
tepla a elektřiny. Mají mít také vysokou účinnost při částečně zatíţeném provozu.
Předpokládá se, ţe účinnost exergie (viz také část 2.7.5) spojená s provozem kogeneračního
zařízení za podmínek BAT bude 45 – 55 %, coţ se rovná měrnému teplu v rozmezí od 1,3 do
1,1 a energetické účinnosti paliva 75 – 90 % podle uplatnění specifického zařízení.
432
Je třeba si uvědomit, ţe těchto hladin BAT se nemůţe dosáhnout za všech provozních
podmínek. Energetická účinnost je největší při projektovaném špičkovém zatíţení zařízení.
Faktické energetické účinnosti během doby provozu zařízení mohou být niţší vlivem změn
v zatíţení během provozu, kolísání jakosti paliva atd. Energetická účinnost také závisí na
chladícím systému elektrárny, jejím geografickém umístění (viz tab. 2.3) a na spotřebě energie
v systému čištění spalin.
U stávajících zařízení spalujících kapalná paliva lze ke zvýšení tepelné účinnosti uplatnit řadu
modernizačních a výkon navyšujících technik. Technická opatření popsaná v části 2.7.9 je
třeba povaţovat za součást moţností volby BAT ke zvýšení účinnosti stávajících zařízení.
Vyuţití moderních řídících systémů ovládaných počitačem k dosaţení vysokého výkonu kotle
za podmínek zlepšeného spalování, které podporují sniţování emisí se povaţuje rovněţ za
BAT.
Obecně je třeba za účelem zvýšení účinnosti zvaţovat následující opatření:
spalování: minimalizovat tepelnou ztrátu vlivem nespálených plynů a ve sloţkách pevných
odpadů a odpadních zbytků ze spalování
nejvyšší moţný tlak a teplotu pracovního média – páry; opakované přehřívání páry ke
zvýšení čisté elektrické účinnosti
nejvyšší moţnou tlakovou ztrátu v nízkotlaké koncové části parní turbiny s nejniţší
moţnou teplotou chladící vody (chlazení čerstvou vodou)
minimalizaci tepelné ztráty spalinami (vyuţitím zbytkového tepla nebo tepelných
rozvodů)
minimalizaci vnitřní spotřeby energie přijetím vhodných opatření, např.zvýšení účinnosti
čerpadel napájecí vody, odpařováku atd.
předehřátí napájecí vody do kotle
zdokonalení geometrie lopatek turbin
6.5.3.2 Emise prachu a těţkých kovů
Při odprašování výstupních plynů z nových i stávajících spalovacích zařízení na kapalné
palivo se za BAT povaţuje vyuţití elektrostatického odlučovače nebo tkaninového filtru.
Cyklony a mechanické odlučovače samy o sobě nejsou BAT, ale mohou se pouţít jako
předřazené čistící zařízení spalin.
Kapalná paliva, zejména těţký topný olej obvykle obsahují těţké kovy, zvláště vanad a nikl.
V zásadě se většina těţkých kovů v procesu spalování odpaří a později kondenzuje na povrchu
tuhých částic (například popílku). Nejvyuţívanější technikou k odprašování kouřových plynů
ze spalování těţkého topného oleje je elektrostatický odlučovač. Vyuţívanou technikou je i
tkaninový filtr, ale má menší význam, protoţe znamená zvýšené riziko ohně, které se sníţí,
kdyţ se tkaninový filtr pouţije v kombinaci s odsiřováním spalin. Proto je BAT ke sníţení
emisí prachu a těţkých kovů vyuţitím vysoce výkonného elektrostatického odlučovače (s
účinností odprášení > 99,5 %) nebo jak se jiţ uvádělo, tkaninového filtru (s účinností
odprášení > 99,95 %).
433
BAT je periodické monitorování těţkých kovů. Doporučuje se provádět jej jednou ročně, nebo
kaţdé tři roky, coţ závisí na druhu pouţitého kapalného paliva. Je třeba monitorovat zejména
celkové mnoţství rtuti a ne pouze tu, která se váţe na tuhé částice.
Je třeba vzít v úvahu, ţe je u dotyčné hladiny prachu třeba sníţit jemné částice (PM 10 a PM
2,5) a minimalizovat emise těţkých kovů, které mají tendenci se hromadit především na
jemnějších prachových částicích. U spalovacích závodů nad 300 MWtep. jsou hladiny prachu
niţší následkem mokrého odsiřování spalin, která je pro tyto účely součástí konečných výroků
o BAT a také sniţuje tuhé částice.
Závěrečné výroky o BAT pro odprašování a s ním spojené hodnoty emisí jsou v souhrnu
uvedeny v tabulce 6.42. Výše emisí jsou stanoveny jako denní průměr za standardních
podmínek a hladině kyslíku 3 % a představují obvyklý stav zatíţení. V období špičkového
zatíţení, při najíţdění a odstavování z provozu, stejně jako při provozních problémech u
systémů čištění spalin se musí sledovat maximální krátkodobé hodnoty, které by mohly být
vyšší.
Tab. 6.42: BAT pro odprašování výstupních plynů ze spalovacích zařízení na kapalná paliva.
výkon
(MWtep.)
hladina emisí
prachu
(mg/Nm3)
BAT k dosaţení těchto hladin monitoring pouţitelnost
nová
zařízení
REMO *
50-100 5 -20(1) 5-30(2) ESP/TF kontinuální(1,2) nová i stávající zařízení
100-300 5 -20(3) 5-25(4) ESP/TF v kombinaci s odsiřováním
spalin (mokrou cestou), závisí na
velikosti specifického zařízení
kontinuální nová i stávající zařízení
> 300 5-10(5) 5-20(6) ESP/TF v kombinaci s mokrým
odsiřováním spalin
kontinuální nová i stávající zařízení
Vysvětlivky: ESP= elektrostatický odlučovač; TF= tkaninový filtr
(1, 2)
(3, 5)
(4, 6)
(1 - 6)
(3 – 6)
(4, 6)
( 2 )
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu prohlásili, ţe se musí předloţit úrovně
emisí pro případy, kdy se emise prachu odlučují v elektrostatickém odlučovači bez
uplatnění mokrého odsiřování spalin. Navrhly se následující hodnoty:
10 – 50 mg/Nm3, pokud se ESP bude monitorovat periodicky
horní mez 30 mg/Nm3 pro ESP
horní mez 50 mg/Nm3 pro ESP
50 – 100 mg/Nm3 pro hořáky s nástřikem páry nebo při vyuţití aditiv bez ohledu na
stávající výkon elektrárny
Průmysl se domáhal pro ESP nebo TF v kombinaci s mokrým odsiřováním spalin
vyšší úrovně neţ 15 mg/Nm3
Jeden členský stát navrhl, aby bylo u stávajících zařízení s výkonem nad 100 MWtep.
pro BAT rozmezí 10 – 50 mg/Nm3, protoţe tyto hodnoty jsou v souladu s emisními
limity členských států.
Jeden představitel průmyslu poznamenal, ţe se dosahují emise prachu ve výši 50
mg/Nm3. Sníţení na 30 mg/Nm
3 pomocí tkaninových filtrů nebo elektrostatických
odlučovačů, aby se dosáhlo odpovídajícího poklesu asi o 20 t prachu/rok se nemůţe
povaţovat za BAT.
434
6.5.3.3 Emise SO2
Obecně se u spalovacích zařízení na kapalná paliva povaţuje za BAT pouţití nízkosirného
topného oleje a/ nebo odsiřování spalin. Ale vyuţití nízkosirného topného oleje u zařízení nad
100 MWtep. se můţe ve většině případů předpokládat pouze jako doplněk, ale obecně ne jako
vlastní způsob sniţování SO2. V místech, kde je k dispozici zemní plyn, je součástí BAT také
spoluspalování plynu a oleje.
Vedle vyuţití nízkosirného oleje jsou technikami, které se povaţují za BAT při odsiřování
hlavně mokrá vypírací metoda ( s účinností odsíření 92 – 98 %) a rozprašovací sušárna ( podíl
odsíření 85 – 92 %), které jiţ zaujímají více neţ 90 % podíl na trhu technik k odsiřování
spalin. Suché techniky odsiřováním jako je injektáţ suchého sorbentu se pouţívají hlavně u
zařízení s tepelným výkonem menším neţ 300 MW. Výhody mokré pračky spočívají také ve
sniţování emisí HCl a HF, prachu a těţkých kovů. Stávající zařízení, která jiţ pouţívají
systém mokrého odsiřování spalin mohou dále sniţovat emise SO2 optimalizací profilu
průtoku absorbérem. Proces mokré vypírky je pro menší zařízení nákladnou záleţitostí a
proto se nepovaţuje za BAT pro zařízení o kapacitě menší neţ 100 MWtep..
Vypírání mořskou vodou se povaţuje za součást závěrů BAT kvůli její vysoké spolehlivosti a
protoţe to je jednoduchý proces, který nevyţaduje manipulaci s kalem a netvoří vedlejší
produkty. Místní podmínky, jako jsou vlastnosti mořského prostředí, proudy odlivu a přílivu,
ekosystémy mořského prostředí těsně u výpusti vody z pračky atd. je třeba pečlivě prověřit,
aby se zabránilo negativnímu působení na dané ţivotní prostředí a ekologickým dopadům. Ty
mohou vzniknout při sniţování hladiny pH v bezprostředním sousedství elektrárny, stejně
jako ze vstupu zbytkových kovů (těţkých kovů) a popílku.
Závěrečné výroky o BAT pro odsiřování a s ním spojené hladiny emisí jsou v souhrnu
uvedeny v tabulce 6.43. Hladiny emisí vztahující se k BAT jsou stanoveny jako denní
průměry při standardních podmínkách a 3 % O2 a představují obvyklý stav zatíţení. V období
špičkového zatíţení, najíţdění a odstavování provozu, stejně jako při provozních problémech
systémů čištění spalin se musí sledovat krátkodobé maximální hodnoty, které by mohly být i
vyšší.
435
Tab. 6.43: BAT pro prevenci a sniţování oxidu siřičitého ze spalovacích zařízení na kapalná
paliva
výkon
(MWtep.)
hladina emisí SO2
(mg/Nm3)
BAT k dosaţení těchto hladin monitoring pouţitelnost
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 100-350(1) 100-350(2) nízkosirný topný olej, spoluspalování
plynu a oleje, odsiřování spalin injektáţí
suchého sorbentu nebo za pouţití
rozprašovací sušárny
kontinuální nová i stávající
zařízení
100-300 100-200(3) 100-250(4) nízkosirný topný olej, spoluspalování
plynu a oleje a odsiřování spalin
injektáţí suchého sorbentu nebo v
rozprašovací sušárně, nebo mokrou
metodou (v závislosti na velikosti
zařízení); vypírání mořskou vodou,
kombinované techniky ke sníţení NOx a
SO2
kontinuální nová i stávající
zařízení
> 300 50-150(5) 50-200(6) nízkosirný topný olej, spoluspalování
plynu a oleje, mokré odsíření spalin,
rozprašovací sušárna, vypírání mořskou
vodou nebo kombinované techniky ke
sníţení NOx a SO2
kontinuální nová i stávající
zařízení
(1, 2)
(3, 4, 6)
(5)
(2, 4, 6)
(6)
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu navrhují následující hodnoty:
200 – 850 mg/Nm3 ;
horní mez 400 mg/Nm3
horní mez 200 mg/Nm3
Zástupci průmyslu poţadovali, aby se nestanovila ţádná hladina jako BAT, pokud se
pouţije nízkosirného paliva
Jejich racionálním důvodem je, ţe u velkých spalovacích zařízení na topný olej je
k optimalizaci přínosu pro ţivotní prostředí určeno pouţití nízkosirného paliva
v kombinaci s odsiřováním spalin. Poţadavek na vysokou čistou účinnost jednotky
musí najít při optimalizaci vyváţení mezi nákladem na palivo, účinností techniky ke
sniţování emisí (nízkou úroveň emisí) a související spotřebou energie (poplatky za
energii)
Zástupci členského státu zdůraznili, ţe hořáky na těţký topný olej se provozují
s velmi vysokými náklady na palivo. Odsiřovací techniky musí být přiměřené, aby se
zajistila ekonomická realizovatelnost zařízení s velmi pečlivým posouzením přínosu
pro ţivotní prostředí proti veškerým nákladům a dotyčným přenosům dopadů
z jednoho prostředí do druhého. Pro stávající zařízení je velmi důleţité, aby se zde
mohlo vyuţívat nízkosirné palivo jen proto, aby se zabránilo poklesu čisté účinnosti
jednotky.
Zástupci jednoho členského státu navrhli, aby se u stávajících zařízení povaţovala za
BAT hodnota 200 – 400 mg/Nm3, protoţe tyto hodnoty jsou v souladu s emisními
limity členských států.
436
6.5.3.4 Emise NOx
Obecně se za BAT pro spalovací zařízení na kapalná paliva povaţuje sniţování oxidů dusíku
(NOx) za pouţití kombinace primárních a/nebo sekundárních opatření jako je SCR (selektivní
katalytická redukce). Dotyčnými sloučeninami dusíku jsou oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý
(NO2) společně nazývané NOx a oxid dusný (N2O).
U spalovacích zařízení nad 50 MWtep. a zejména u velkých závodů nad 100 MWtep. se za BAT
ke sníţení NOx povaţuje vyuţití primárních opatření v kombinaci s SCR nebo jinými
technikami koncového čištění. Pro malá zařízení pod 50 MWtep. není obecně nutné uplatnit
SCR, ale je to technika, které lze pouţít.
Ekonomická uskutečnitelnost pouţití SCR u stávajícího kotle je především otázkou
předpokládané zbytkové doby ţivotnosti zařízení, o které se nelze nutně rozhodnout na
základě pouhého stáří zařízení. Vyuţití SCR má nevýhody ve strhávání emisí čpavku. Pro
koncentraci čpavku se za BAT povaţuje úroveň niţší neţ 5 mg/Nm3 a spojuje se s pouţitím
SCR. V části 3.5 se popisují kombinované techniky ke sniţování NOx a SO2, jakoţto součást
závěrečných výroků o BAT, ale jejich výhody a nevýhody i moţnost pouţití je třeba ověřit na
místní úrovni.
Pro spalovací zařízení s kapacitou méně neţ 100 MW tep. se za BAT povaţuje kombinace
různých primárních nízkoemisních opatření.
Výška topeniště u starých spalovacích zařízení je obvykle malá a můţe zabraňovat
zabudování otvorů pro vstup přehřátého vzduchu. Dokonce i kdyţ je komora pro přehřátý
vzduch, pak nemusí být prodleva spalných plynů v horní části topeniště dostatečně dlouhá pro
dokonalé spálení. V kotlích, které se postavily v letech, kdy se jiţ vědělo o tvorbě NOx více,
je topeniště větší a lze dosáhnout niţších hladin emisí NOx. Nejlepší výsledky se získají,
kdyţ se do projektu kotle tj. pro nová zařízení zařadí nízkoemisní spalování.
Závěry o BAT pro prevenci a redukci emisí NOx a související hladiny emisí jsou uvedeny v
souhrnu tabulky 6.44. Hladiny emisí vztahující se k BAT jsou stanoveny jako denní průměry
za standardních podmínek a 3% hladině kyslíku a představují obvyklý stav zatíţení.
Maximální krátkodobé hodnoty v období špičkového zatíţení, najíţdění a odstávky, stejně
jako provozní problémy systémů čištění spalin, které by mohly být i vyšší, se musí sledovat.
437
Tab. 6.44: BAT pro prevenci a sniţování emisí NOx ze spalovacích zařízení na kapalná paliva
Výkon
(MWtep.)
hladina emisí NOx
(mg/Nm3)
BAT k dosaţení těchto hladin monitoring pouţitelnost
nová
zařízení
stávající
zařízení
50-100 150-300(1) 150-450 Kombinace primárních opatření (jako je
odstupňování vzduchu a paliva, nízkoemisní
hořáky atd.)
Při spalování LTO je NOx <300 mg/Nm3;
při spalování TTO s nejvýše 0,2 % dusíku
v topném oleji je NOx <300 mg/Nm3;
při spalování TTO s max. 0,3 % dusíku
v topném oleji je NOx<300mg/Nm3;
SCR a v případě spalování TTO pak SNCR
kontinuální (6)
nová i stávající
zařízení
100-300 50-150(2) 50-200(3) Kombinace primárních opatření (jako je
odstupňování vzduchu a paliva, nízkoemisní
hořáky, dospalování atd.), v kombinaci
s SNCR, SCR nebo kombinované techniky
kontinuální nová i stávající
zařízení
> 300 50-100(4) 50-150(5) Kombinace primárních opatření (jako je
odstupňování vzduchu a paliva, nízkoemisní
hořáky, dospalování atd.), v kombinaci s
SCR nebo kombinované techniky
kontinuální nová i stávající
zařízení
Vysvětlivky: LTO= lehký topný olej; TTO= těţký topný olej; SCR= selektivní katalytická redukce;
SNCR= selektivní nekatalytická redukce;
1, 5
2, 4
3
6
5
1
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu navrhli následující hodnoty:
horní mez 400 mg/Nm3
horní mez 200 mg/Nm3
horní mez 450 mg/Nm3
Zástupci průmyslu prohlásili, ţe si přejí změnu „kontinuálního monitorování na „periodické“.
Racionálním důvodem u stávajících zařízení je, ţe nové navrţené hodnoty umoţňují
elektrárnám pouţít těţký topný olej s vysokým obsahem dusíku pouze tehdy, uplatní-li
primární opatření ke sníţení NOx.
Zástupci jednoho členského státu navrhli, aby u stávajících elektráren nad 300 MW byl pro
BAT rozsah 100 – 400 mg NOx /Nm3, protoţe jsou tyto hodnoty v souladu s emisními limity
členských států.
Člen technické pracovní skupiny navrhl sníţit spodní mez rozmezí na 100mg/Nm3, protoţe
taková hodnota odráţí výkon selektivní katalytické redukce
6.5.3.5 Oxid uhelnatý (CO)
BAT pro minimalizaci emisí CO je dokonalé spalování zároveň s dobrým projektem topeniště,
vyuţitím vysoce výkonného monitorování a techniky regulace provozu a údrţby spalovacího
systému. Vedle podmínek spalování bude správně optimalizovaný systém ke sniţování NOx
také udrţovat hladiny CO mezi 30 – 50 mg/Nm3.
6.5.3.6 Čpavek (NH3)
Nevýhodou systémů SNCR a SCR jsou emise nezreagovaného čpavku do ovzduší (strhávání
čpavku). Koncentrace čpavku v emisích souvisejících s BAT je niţší neţ 5 mg/Nm3.
Strhávání čpavku je často omezujícím faktorem při vyuţití techniky selektivní nekatalytické
redukce.
438
Aby se zabránilo strhávání čpavku při technice SNCR, můţe se do prostoru kotelního
ekonomizéru zamontovat vrstva katalyzátoru SCR, pokud tomu vyhovuje teplota spalin.
Protoţe tento katalyzátor sniţuje strhávání čpavku, sniţuje se také odpovídající mnoţství
NOx.
6.5.3.7 Znečištění vody
Při spalování kapalného paliva vznikají různé proudy odpadní vody (viz kapitola 1). Za BAT
ke sniţování emisí do vody a k zamezení kontaminace vody se povaţují veškerá opatření,
která se uvádějí v části 6.4.6.
Kdyţ se zvaţuje riziko havárie při přepravě oleje nebo jeho skladování u elektráren na toto
kapalné palivo, spočívá nebezpečí kontaminace olejem výhradně v různé míře rozsahu. Tyto
problémy se však obecně neliší od běţných rizik spojených s přepravou oleje nebo skladování;
v tomto ohledu tedy neexistují u velkých spalovacích zařízení ţádné specifické problémy.
Malému mnoţství olejem kontaminované (promývací) vody, ke kterému čas od času u
elektrárny dochází, nelze předejít. Pro záchyt oleje obvykle postačují jímky, aby zabránily
poškození ţivotního prostředí.
Závěry o BAT pro mokré odsiřování spalin se vztahují k vyuţití úpravny odpadních vod.
Úpravna odpadní vody se skládá z různých chemických úprav k odstraňování těţkých kovů a
ke sniţování mnoţství nerozpuštěných látek ve vodě. V úpravně se provádí nastavení pH,
sráţení těţkých kovů a odstranění pevných částic a sraţenin z odpadní vody. U moderní
technologie se monitorují následující parametry: pH, vodivost, teplota, obsah nerozpuštěných
látek, obsah chloru, koncentrace těţkých kovů ( jako je Cd, Hg, As, Cr, Cu, Ni, Zn, V, Pb),
koncentrace fluoru a chemická spotřeba kyslíku (CHSK). Kvalita odpadní vody za úpravnou
se hodně liší podle jakosti paliva, procesu odsiřování a výtoků odpadní vody. Výše emisí
znečišťujících látek spojené s vyuţitím BAT se pro úpravnu odpadní vody uvádějí v tabulce
6.45.
Tab. 6.45: Výše znečišťujících látek spojené s vyuţitím BAT v úpravně odpadní vody z
odsiřování spalin ze slitého 24 hodinového representativního vzorku
Znečišťující látky z úpravny odpadní vody za mokrým odsiřováním (mg/l)
CHSK < 150
F 1 – 30
sloučeniny dusíku < 50
pevné (nerozpustné) látky 5 – 30
sírany 1000 – 2000
sirníky < 0,2
siřičitany 0,5 – 20
Cd < 0,05
Cr < 0,5
Cu < 0,5
Hg 0,01 – 0,02
Ni < 0,5
Pb < 0,1
Zn < 1
Vysvětlivky: CHSK= chemická spotřeba kyslíku
439
Opatření BAT k zamezení nebo sníţení emisí do vody se v souhrnu uvádějí v tabulce 6.46
Tab. 6.46: BAT pro úpravu odpadní vody
technika hlavní přínos pro ţivotní
prostředí
pouţitelnost
nová
zařízení
rekonstruovaná
zařízení
pro zařízení s mokrým odsiřování spalin
úprava vody flokulací,
sedimentací, filtrací ionexy a
neutralizací
odstranění fluoridů, těţkých
kovů, CHSK a pevných
částic
BAT BAT
sníţení emisí čpavku
strhávaných vzduchem , sráţení
nebo biochemické odbourávání
sníţení obsahu čpavku BAT pouze tehdy, je-li obsah
čpavku v odpadní vodě
vysoký z důvodu pouţití
SCR/SNCR před odsířením
provoz s uzavřeným okruhem sníţený objem odpadní vody BAT BAT
regenerace demineralizátorů a kondenzačních nádob
neutralizace a sedimentace sníţený objem odpadní vody BAT BAT
vyplavování
Neutralizace BAT pouze v případě
alkalického provozu
promývání kotlů, ohříváků vzduchu a sráţecích nádob
neutralizace a provoz s
uzavřeným okruhem, nebo
záměna za suché metody čištění
sníţený objem odpadní vody BAT BAT
splachování povrchu
sedimentace neb chemická
úprava a opětné vyuţití
v závodě
sníţený objem odpadní vody BAT BAT
Ostatní techniky pro úpravu odpadní vody popsané v kapitole 3 se mohou také u tohoto
odvětví obecně povaţovat za BAT .
6.5.3.8 Odpady ze spalování
Průmysl věnoval jiţ hodně pozornosti vyuţití odpadů a vedlejších produktů ze spalování
namísto toho, aby je ukládal na skládku. Zuţitkování a opětné vyuţití je proto nejlepší
moţností volby.
Existuje značné mnoţství rozličných moţností vyuţití různých vedlejších produktů. Kaţdý
z odlišných způsobů vyuţití stanoví specifická kritéria na jakost popela atd. V tomto BREF
dokumentu není moţné uvést všechna tato kritéria, ale zásadou je, ţe kritéria jakosti se
obvykle spojují s vlastnostmi struktury odpadu a vztahují se k obsahu a vlastnostem
jakýchkoliv škodlivých látek v odpadu, jako je popel, rozpustnost sloučenin těţkých kovů
atd.. Popel vznikající při spalování topného oleje, zejména těţkého topného oleje znamená
vysoký obsah nespáleného uhlíku. Tento popel se proto můţe spalovat (v průmyslových
pecích), nebo se můţe opět vstřikovat do spalovací komory kotle, který je opatřen systémem
odsiřování spalin a SCR.
440
Konečným produktem techniky mokrého odsiřování je sádrovec, který je pro závod
potenciálním obchodním produktem. Můţe se prodat a vyuţít namísto přírodního sádrovce.
Prakticky většina sádrovce vzniklého v elektrárně se vyuţívá v průmyslu sádrokartonových
desek. Čistota sádrovce je vymezena mnoţstvím vápence, který se mohl do procesu zavést.
Konečný produkt polosuché odsiřovací metody se pouţívá pro různé stavební účely namísto
přírodního kameniva, např. při stavbě silnic, při úpravě zemních staveb pro kompostování a na
polních úloţištích, k plnění důlních jam, pro vodotěsné stavby u hloubených přehrad.
6.5.4 BAT pro plynové (spalovací) turbiny na kapalná paliva
U plynových turbin na kapalná paliva jako je lehký topný olej nebo motorová nafta se
povaţuje za BAT ke sníţení emisí NOx injektáţ vody nebo páry. V dnešní době jsou také
pro plynové turbiny na kapalná paliva k dispozici nízkoemisní hořáky (hořáky DLN). Tyto
hořáky se mohou pouţít dokonce i tehdy, kdyţ se kapalné palivo a zemní plyn spalují ve
stejné turbině. Hořáky DLN jsou BAT pouze pro nové turbiny, kde je na trhu k dispozici
technika k pouţití v plynových turbinách spalujících kapalná paliva. Podle ekonomické
náročnosti se můţe pouţít i SCR, ale moţnost uplatnění je třeba posoudit případ od případu.
K plynovým turbinám, kde se pouţívají pouze kapalná paliva (například v případech, kde
nejsou dočasně k dispozici plynná paliva), jsou uvedeny příslušné informace v části 7.5 tohoto
dokumentu.
Obecně se u plynových turbin na kapalná paliva povaţuje za BAT ke sníţení emisí SO2
vyuţití nízkosirného topného oleje.
6.5.5 BAT pro Dieselovy motory na kapalná paliva
Spalné plyny z motorové nafty obsahují obvykle asi 13 – 15 obj. % O2 a proto se hladiny
emisí spojené s vyuţitím BAT zakládají na referenční hladině kyslíku 15 obj. %.
Objevil se odlišný názor zástupců jednoho ze členských států na zařazení „naftových motorů“
do tohoto dokumentu, protoţe naftové motory se vyuţívají k výrobě elektřiny pouze na
ostrovech, které nejsou připojeny na mezistátní rozvodnou síť na pevnině. Také zařízení, která
převyšují 50 MWtep. celkového jmenovitého výkonu se vyuţívají z důvodů speciálně
technických charakteristik naftových motorů, které se přizpůsobují zvláštním podmínkám
potřeby elektřiny na těchto ostrovech. Zařízení se provozují na svůj plný výkon jen po krátký
úsek roku, zejména v turistické sezóně (asi dva měsíce). Po zbytek roku se zařízení provozují
jen na malý podíl své kapacity (asi µ).
Charakteristiky potřeby elektřiny určují uspořádání zařízení, to znamená, ţe jsou zapotřebí
mnohem menší motory, protoţe výkon největších jednotek můţe dosahovat přibliţně pouhých
10 – 15 % celkového jmenovitého výkonu. Také vybavení k výrobě elektřiny musí být velmi
flexibilní kvůli rychlému najíţdění, odstavení a velmi často i rychlému kolísání zatíţení,
nízkému částečnému zatíţení a schopnosti přizpůsobit se špatnému startu.
Tyto charakteristické rysy jsou nutné s ohledem na to, ţe v kaţdé sezóně dochází ke
značnému kolísání potřeby elektřiny během dne, při snaze zároveň dosáhnout u určitých
jednotek uspokojivé úrovně účinnosti a to u všech, které se musí provozovat při optimálním
zatíţení.
441
Také je větší nutnost stabilizovat izolovanou síť vlivem zvýšeného pronikání větrných
elektráren, které se na ostrovech podporují a propagují. Veškeré alternativy větrných
elektráren musí být v souladu s flexibilním provozem naftových motorů. Kromě toho navíc
omezení paliv, která jsou k dispozici, stejně jako dodávek paliva na ostrov zvyšuje výrazně
náklady na paliva.
6.5.5.1 Tepelná účinnost
Emise oxidu uhličitého ( nejdůleţitějšího skleníkového plynu) závisejí na pouţitém palivu a
na účinnosti základního motoru. Při udrţování vysoké účinnosti pístového motoru elektrárny
se emise CO2 mohou udrţet na relativně nízké úrovni.
Motorem poháněné elektrárny jsou palivově flexibilní a vhodné jak pro rozvody tepla tak pro
výrobu elektřiny (kogenerační závod), stejně jako pro zařízení s vyšším základním zatíţením.
S BAT spojená celková účinnost je při výrobě nízkotlaké páry 60 – 70 %. Při přídavném
spalování (motorové spaliny s obsahem kyslíku se pouţívají jako hlavní „spalovací vzduch“
do hořáku) se můţe účinným způsobem vyrobit velké mnoţství nízkotlaké nebo vysokotlaké
páry. Při produkci horké vody závisí (výstupní teplota je obvykle v rozmezí 80 – 120 oC )
celková asi 85 % účinnost při reţimu kapalného paliva a aţ 90 % účinnost s palivem
plynným značně na mnoţství energie chladící vody motoru, která se v zařízení získá a lze na
ni pohlíţet jako na úroveň spojenou s BAT. Zuţitkováním energie topného plynu a části
energie z chlazení motoru se ovšem můţe získat voda horká aţ 200 oC. Další výhodou je
vysoká tepelná účinnost motorů (nízká spotřeba paliva a tím následně i niţší měrné emise
CO2). Účinnost elektřiny u BAT (na vývodech z alternátoru) se pohybuje od 40 do 45 %
(v závislosti na velikosti motoru) a při výpočtu se vychází z výhřevnosti paliva.
6.5.5.2 Emise prachu a těţkých kovů
Emise tuhých částic souvisejí s palivem. Následkem různé teploty a obsahu kyslíku ve
spalinách z motorové nafty se elektrické vlastnosti naftových částic liší od částic ze spalin
kotle. Hlavním ukazatelem je obsah popela, ale ostatní parametry, jako je obsah síry a vyšších
uhlovodíků v palivu ovlivňují emise pevných částic také. Při pouţití selektivní katalytické
redukce ke sníţení NOx lze dosáhnout také i velmi malého sníţení tuhých emisí a to podle
druhu paliva a výstupní teploty.
Protoţe vybavení pro koncové čištění spalin od emisí tuhých látek u větších naftových motorů
je v současné době předmětem vývoje, povaţuje se za BAT pro sníţení emisí pevných částic
vyuţití primárních opatření u zdroje ( u motoru) v kombinaci s vyuţitím nízkopopelnatého a
nízkosirného paliva, kdekoli je to komerčně dostupné.
Zařízení o velkých výkonech mohou také obsahovat řadu několika agregátů s poměrně
malými výkony. V tomto případě musí být kaţdý jednotlivý agregát vybaven filtry k záchytu
pevných částic zejména sazí. Emise prachu z motorů aţ do příkonu paliva 1,3 MW se mohou
sníţit pod hodnotu 20 mg/Nm3.
Závěrečné BAT pro prevenci a sniţování emisí pevných částic ze čtyřtaktních motorů a s nimi
spojené výše emisí shrnuje tabulka 6.47. Výše emisí prachu z dvoutaktních motorů mohou
být vyšší.
442
Tab. 6.47: BAT pro odprašování výstupních plynů ze zařízení se čtyřtaktními motory
s primárním opatřením u motoru
typ motoru hladina emisí prachu
(mg/Nm3)
monitorování Poznámky
naftový motor < 30 LTO/motorová nafta
< 50(1)
TTO
jednorázové jednou
za 6 měsíců
Stálý stav 85 – 100 % zatíţení
motoru. Referenční podmínky:
15 % obj.O2, při 273K a 101,3 kPa
Systémy pro odlučování tuhých
částic jsou pro motory o 5 MWtep.
předmětem vývoje
motor na dvojí palivo v
reţimu zpoţdění
nástřiku paliva
(motorová nafta max.
0,02 % hm. popela)
< 30 LTO/motorová nafta
< 50(1)
TTO
jednorázové jednou
za 6 měsíců
(1)
Zástupce jednoho z členských států prohlásil, ţe s BAT spojené výše emisí prachu
z naftových motorů na těţký topný olej by se měly zvýšit na 100 mg/Nm3 při 15 % obj.
O2, protoţe pro naftové motory (4-taktní nebo 2-taktní) tato vyšší hodnota lépe odráţí
emise prachu z TTO a vliv dalších charakteristik paliva nehledě na obsah popela, obsah
síry a vyšších uhlovodíků (asfalteny).
6.5.5.3 Emise SO2
V současné době existuje pouze několik elektráren s naftovými motory, které jsou vybaveny
systémy odsiřování spalin a dokonce pak jen po omezený počet provozních hodin. Investiční
náklady na odsiřovací zařízení značně kolísá podle volby provozní metody. Provozní náklady
závisejí hlavně na mnoţství a typu reakčního činidla, spotřebě vody a elektřiny, údrţbě a
nákladech na zneškodnění jakéhokoliv konečného produktu.
Proto se na vyuţití nízkosirného topného oleje nebo zemního plynu, kdekoliv je to komerčně
dostupné pohlíţí jako na přednostní moţnost volby BAT. Za druhé, pokud není k dispozici
nízkosirný topný olej nebo zemní plyn, povaţuje se za BAT ke sníţení emisí SO2 opatření
sekundární, tedy odsíření spalných plynů.
6.5.5.4 Emise NOx
Za BAT ke sníţení emisí NOx ze zařízení s motory na kapalná paliva se povaţuje pouţití
primárních metod a sekundárních opatření, zejména vyuţití systému SCR..
Primární metody u naftových motorů spalujících kapalná paliva jsou:
Millerova koncepce
opoţděná injektáţ
přímá injektáţ vody
injektáţ vlhkého vzduchu
Během posledního desetiletí se emise NOx z velkých naftových motorů na kapalné palivo a
z motorů na těţký topný olej značně sníţily oproti předchozím hodnotám pomocí primárních
opatření u motoru v kombinaci s SCR a to i při udrţení vysoké účinnosti motoru.
Uvádí se, ţe u malých naftových a dvoutaktních motorů je pouţitelnost selektivní katalytické
redukce (SCR) omezena, protoţe je třeba je provozovat s častými výkyvy zatíţení. Tyto
jednotky se provozují často u izolovaných systémů, které jsou v chodu jen omezený počet
hodin. Tyto motory je třeba nastartovat a vypnout podle potřeby elektřiny i několikrát denně.
443
Závěrečné BAT pro prevenci a sniţování emisí NOx a s nimi spojené hladiny se souhrnně
uvádějí v tabulce 6.48.
Tab. 6.48: BAT spojené s výší emisí NOx u zařízení s motorem na kapalné palivo a s SCR
typ motoru BAT Pouţitelnost monitoring poznámky
zařízení
s motorem na
motorovou naftu
typ Millerova
motoru, zpoţděný
nástřik, nástřik
vody ; SCR
SCR lze vyuţít u
nových i
stávajících zařízení
kontinuální referenční podmínky:
15 % obj. O2, 273 K,
101,3 kPa
motor na dvojí
palivo
v podpůrném
reţimu
typ Millerova
motoru, zpoţděný
nástřik, nástřik
vody ; SCR
SCR lze pouţít
také u motorů na
dvojí palivo v
reţimu topného
plynu a podpůrném
reţimu
- referenční podmínky:
15 % obj. O2, 273 K,
101,3 kPa
zařízení
s motorem na
lehké palivo
(lehký topný
olej)
typ Millerova
motoru, zpoţděný
nástřik, nástřik
vody ; SCR
SCR lze vyuţít u
nových i
stávajících zařízení
kontinuální referenční podmínky:
15 % obj. O2, 273 K,
101,3 kPa
zařízení
s motorem na
těţký topný olej
typ Millerova
motoru, zpoţděný
nástřik, nástřik
vody ; SCR
SCR lze vyuţít u
nových i
stávajících zařízení
kontinuální referenční podmínky:
15 % obj. O2, 273 K,
101,3 kPa
6.5.5.5 Emise CO (oxidu uhelnatého) a uhlovodíků
Pro minimalizaci emisí se za BAT povaţuje správná údrţba motoru. Naftový motor má nízké
emise CO a uhlovodíků. Emise CO jsou často v protikladu s emisemi NOx. CO se můţe sníţit
pomocí primárního opatření, které spočívá v dokonalém spalování. Sekundární opatření,
jakým jsou katalyzátory oxidace ke sníţení CO lze také povaţovat za BAT.
Oxidační katalyzátory se nedoporučují v souvislosti s kapalnými palivy, která obsahují síru.
Pro motory jsou katalyzátory CO na trhu k dispozici a pohlíţí se na ně jako na součást
závěrečných výroků o BAT. První kombinované katalyzátory CO/NMHC (nemetanové
uhlovodíky) se zabudovaly v některých zařízeních se záţehovými motory a v současné době
se sbírají zkušenosti z provozu.
6.5.5.6 Znečištění vody
Motorové zařízení potřebuje pouze malé mnoţství vody a můţe se tedy provozovat v místech
s omezenou dodávkou vody, zejména kdyţ se pouţije chladících radiátorů (výměníků tepla,
ţeber). Zároveň se sníţenou potřebou vody je niţší i produkce vypouštěné odpadní vody a
následně tudíţ menší tepelné znečištění, které vstupuje do příslušného okolního vodního toku.
444
6.6 Vývojové techniky ke spalování kapalných paliv
Očekává se, ţe budoucí technikou výroby energie s čistými kapalnými palivy budou zařízení
s palivovými články. Mohou nabídnout zlepšení ochrany ţivotního prostředí a očekává se, ţe
povedou k vyšším účinnostem (moţná v budoucnosti aţ k 70 %). Pro stanovení doby
ţivotnosti je hlavně zapotřebí v předstihu odzkoušet stabilitu provozu neţ bude moţné rozšířit
jejich pouţívání. Nyní je velikost pilotních zařízení oproti velkým spalovacím zařízením
podstatně menší.
445
7 Techniky spalování plynných paliv
7.1 Pouţívané postupy a techniky
7.1.1 Vykládka, skladování a manipulace s plynnými palivy
Plynná paliva se dodávají do velkých spalovacích zařízení pomocí potrubí buď z plynových
vrtů nebo ze zařízení dekomprese kapalného zemního plynu a ze zásobních zařízení. Zemní
plyn z různých vrtů má odlišnou kvalitu. Aby se sníţily problémy s přepravou potrubím,
často dochází k čištění plynu jiţ v místě těţby. Obr. 7.1 ukazuje síť zemního plynu v Evropě,
která vyznačuje potrubní vedení začleněná do evropského systému. Tlak v systémech
hlavního vedení je 80 barů.
Obr. 7.1: Evropská síť zemního plynu /111, Eurogas, 1998/
Dodavatel plynu obvykle poskytuje pro zemní plyn centrální kapacity skladování.
V některých místech ještě existují pro stávající velké spalovací závody samostatné úloţné
zásobníky (plynojemy). Plynojemy se často staví blízko kogeneračních jednotek, ale vyuţívají
se i při dodávkách plynu veřejnosti.
446
U nových závodů se u velkých spalovacích zařízení plynojemu neuţívá. Za takových
okolností se obvykle pouţívá jako rezervního paliva topného oleje a ten se skladuje na místě.
Ve spalovacím zařízení na plyn se můţe pouţívat celá řada plynů. Pokud tlak v zásobovacím
potrubí překročí poţadovaný vstupní tlak do velkého spalovacího zařízení, je třeba, aby se
plyn nechal expandovat. To lze obvykle provést v expansní turbině, přičemţ se získá určitá
energie, která se pouţila ke stlačení. K zahřátí expandovaného plynu se můţe pouţít odpadní
teplo z elektrárny a zvýšit tím poněkud elektrický výkon. Topný plyn se potom potrubím
dopraví do velkého spalovacího zařízení.
Plynové turbiny vyuţívají při přímém spalování pouze čisté plyny. Zde se rovněţ musí tlak
zemního plynu sníţit expanzí, pokud převyšuje v potrubí tlak potřebný pro vstup do plynové
turbiny. Adiabatického ochlazení expandovaného plynu se můţe pouţít k chlazení čerstvě
přiváděného vzduchu do kompresoru plynové turbiny. Topné plyny z ostatních zdrojů se musí
za atmosférického tlaku stlačit na tlak potřebný pro vstup do spalovací komory u kaţdé
jednotlivé plynové turbiny.
7.1.2 Plynové (spalovací) turbiny (GT)
Plynové turbiny se vyuţívají k přeměně chemicky vázané energie paliva na mechanickou
práci. Pouţívají se k výrobě elektrické energie a k pohonu čerpadel a kompresorů. Počet
plynových turbin vyuţívaných v celém světě se během posledního desetiletí značně zvýšil a
dnes se plynové turbiny rozsáhle vyuţívají k výrobě elektřiny v oblasti niţších a středních
výkonů. Tento růst lze vysvětlit vydatnou nabídkou zemního plynu za příznivou cenu a
vývojem plynových turbin nové generace o vyšším výkonu, vyšší účinnosti a spolehlivosti.
Obr. 7.2 znázorňuje specifikaci celosvětových plynových turbin podle daného reţimu
spalování.
Obr.7.2: Reţim spalování u plynových turbin – celosvětový stav
/32, Rentz a kolektiv, 1999/; /164, Lenk a Voigtländer, 2001/
Plynové turbiny se vyuţívají v širokém rozsahu tepelných výkonů, od malých plynových
turbin asi o 100 kWel. aţ po velké plynové turbiny o 310 MWel.. Plynové turbiny mohou
spalovat různá plynná a kapalná paliva. Obvyklým plynným palivem pro plynové turbiny je
zemní plyn, ale vyuţívá se i plynů o nízké nebo střední výhřevnosti, jako je uhelný plyn z
jednotek zplyňování uhlí, vysokopecní plyn a plyn z jednotek zplyňování biomasy.
447
Vysoce výkonné (průmyslové) plynové turbiny jsou schopny spalovat různá kapalná paliva
od lehkých frakcí nafty po odpadní rektifikační zbytky. Provoz s popelnatými palivy, jako je
surová ropa a zbytkové oleje, vyţaduje komplexní systémy předúpravy. Poţadavky kladené
na kapalná paliva ke spalování v plynových turbinách se popisují v části 6.1.7.
Plynové turbiny se pouţívají u různých typů spalovacích zařízení, jako jsou paroplynové
jednotky (kombinované cykly), kogenerační závody a integrované jednotky zplyňování uhlí.
Plynové turbiny odvozené od leteckých turbin dosahují aţ 50 MWel. s účinnostmi aţ 42 %.
Značně se jich také vyuţívá na plovoucích těţebních plošinách. Průmyslové plynové turbiny
(obr. 7.3) s elektrickými výkony 200 – 300 MWel. mohou dosáhnou účinnosti aţ 39 %.
Obr. 7.3: Jednotka výroby elektřiny s průmyslovou plynovou turbinou /104, Siemens, 2001/
Pouţití nových plynových turbin v kombinovaných jednotkách výroby tepla a elektřiny je
pokusem o zvýšení celkové účinnosti a sníţení emisí. Protoţe účinnost plynových turbin v
otevřeném cyklu kolísá v rozsahu asi 30 – 42 %, můţe být účinnost kombinovaných cyklů aţ
58 %, dokonce u bloku s kombinací výroby tepla a elektřiny se můţe dosáhnout aţ 85 %
vyuţití paliva. Je třeba zdůraznit, ţe uvedené hodnoty účinnosti se uplatní u nových turbin na
čistý plyn při plném výkonu za podmínek daných ISO normou. Při jiných podmínkách
mohou být hodnoty výrazně niţší. Očekává se, ţe rychlý vývoj plynových turbin povede
v budoucnosti dokonce k vyšším účinnostem a vyššímu elektrickému výkonu.
448
Obr. 7.4: Plynová turbina (159 MW) se zásobní spalovací komorou /104, Siemens, 2001 /
Plynová turbina se v zásadě skládá ze tří prvků: kompresoru, spalovací komory a expansní
turbiny (obr. 7.4). Vzduch z okolního prostředí se nasává do kompresoru systémem přívodu
filtrovaného vzduchu a potom se u leteckého typu nebo ve větších průmyslových plynových
turbinách stlačuje na tlak mezi 10 aţ 30 bary. Protoţe plynová turbina spotřebuje velké
mnoţství spalovacího vzduchu, můţe přítomnost i nízkých koncentrací znečišťujících látek ve
vzduchu způsobit v plynové turbině inkrustace. K tomu můţe dojít vlivem usazení
znečišťujících látek na lopatkách kompresoru, coţ přímo ovlivňuje výkon plynové turbiny.
Tento účinek lze vidět na následné fotografii, která ukazuje první řadu kompresorových
lopatek a kompresor před promytím a po něm /164, Lenk a Voigtländer, 2001/.
Obr.7.5: První řada lopatek a kompresor před a po promytí
/164, Lenk a Voigtländer, 2001/
449
Aby k tomuto jevu nedocházelo, spalovací vzduch se filtruje. Ve spalovací komoře
(komorách) se palivo a stlačený vzduch spálí při teplotách 1235 aţ 1430 oC (u velkých
plynových turbin). Po spálení plyn expanduje turbinou a vyrábí elektrickou energii
v generátoru při odběru potřebné energie pro pohon kompresorů (obr. 7.3)
Plynové turbiny se projektují o jedné nebo dvou hřídelích. Jednohřídelové plynové turbiny
mají jednu nepřerušovanou hřídel a proto mají všechny stupně stejné otáčky. Tyto jednotky
jsou většinou vhodné k pohonu elektrického generátoru, kde se pracuje při konstantních
otáčkách (kolísání rychlosti je neţádoucí). V některých případech se vyuţívá mezi plynovou
turbinou a generátorem redukční převodovka.
Ve dvouhřídelové plynové turbině je nízkotlaká část turbiny oddělena od vysokotlaké části,
která pohání kompresor. Nízkotlaká turbina je schopna provozu v širokém rozmezí otáček a
tím pádem se ideálně hodí pro zařízení s proměnnými otáčkami. Tato charakteristika je však
v elektrárnách méně důleţitá, protoţe pohonné zařízení (tj. generátor) má během běţného
provozu konstantní rychlost navazující na frekvenci sítě.
Ve většině průmyslových turbin provozovaných na pevnině se vyuţívá technologie
odzkoušené u leteckých zařízení nebo u parních turbin. Materiály pouţité u stacionárních
plynových turbin se mohou rozdělit do tří hlavních skupin: korozivzdorná ocel (na bázi
ţeleza), slitiny na bázi niklu a slitiny na bázi kobaltu. Obecně jsou materiály pouţité na
kompresory stejné jako ty, které se pouţívají ve vysokotlakých částech parních turbin.
Materiály na bázi niklu se obvykle uplatňují u částí spalovacího zařízení. U lopatek
plynových turbin se vyuţívají vysoce legované slitiny na bázi niklu, protoţe mají při
vysokých teplotách dobré mechanické vlastnosti.
Vlivem optimalizace vysoce legovaných slitin není, pokud jde o mechanické vlastnosti, jejich
odolnost ke korozi optimální, zejména při vyšších teplotách. Aby se zlepšila odolnost
materiálů lopatek turbiny ke korozi a oxidaci, vyuţívá se specielních povlaků. Povlaků se
vyuţívá ke zvýšení odolnosti proti korozi i u lopatek kompresoru ( při nízkých teplotách
působí vlhkost kondenzátů a kyselé roztoky korozi segmentů zařízení).
7.1.3 Vznětové motory
Vznětových motorů spalujících plyn s tepelným příkonem nad 50 MW se vyuţívá zřídkakdy a
proto se v tomto dokumentu popisují pouze ve zkratce. V 60. a 70. letech se elektrárny
poháněné motorem většinou vyuţívaly pro krátkodobý provoz zařízení, jako rezervní, ve
špičkách a pro výrobu elektřiny v malém měřítku. Dnes existují jak elektrárny o výkonech
nad 150 MWel. poháněné motorem o větším základním zatíţení, tak decentralizovaná menší
zařízení s kombinovanou výrobou tepla a elektřiny (kogenerační závody). Důvodem tohoto
trendu v posledním desetiletí je otevření, privatizace a decentralizace trhu s elektřinou
v mnoha zemích v kombinaci s vývojem vysoce účinných, středně rychloběţných motorů,
které jsou vhodné pro provoz se základním zatíţením. Na trhu jsou jednotky středně
rychloběţných naftových motorů s příkonem paliva aţ 50 MWtep. nebo více, nafto-plynové
motory na dvojí palivo, (vysokotlakého a nízkotlakého typu) s příkonem paliva 40 MWtep. a
záţehové motory s příkonem paliva aţ 18 MWtep. /63, Wärtsilä, 2000/.
450
7.1.3.1 Záţehové motory
Ottův záţehový plynový motor pracuje podle koncepce chudého spalování. Výraz „chudé
spalování“ znamená poměr spalovacího vzduchu ku palivu ve válci, coţ je chudá směs, tj. ve
válci je přítomno více vzduchu neţ je ke spalování potřeba. Aby se záţeh a spalování chudé
směsi stabilizovaly, pouţívá se ve větších typech motorů předřazené komůrky s bohatší směsí
vzduchu a paliva. Záţeh se aktivuje zápalnou svíčkou umístěnou v předřazené komůrce, coţ
vytváří vysoce energetický zápalný zdroj pro hlavní přívod paliva do válce. Směs hořícího
paliva a vzduch expanduje a vytlačí píst. Nakonec se odstraní produkty spalování z válce a
tím se cyklus dokončí. Energie uvolněná při spalování paliva se přenáší na setrvačník motoru
prostřednictvím pohyblivého pístu. Alternátor je spojen s rotujícím motorovým setrvačníkem
a vyrábí elektřinu. Typ motoru je určen pro nízkotlaký plyn.
7.1.3.2 Motory na dvojí palivo
Motor na dvojí palivo je nový typ motoru na trhu vyvinutý pro země, kde je k dispozici zemní
plyn. Typ motoru je palivově mnohostranný, lze jej provozovat na nízkotlaký zemní plyn
nebo kapalná paliva jako je motorová nafta, těţký topný olej, bionafta atd. a můţe pracovat
při plném zatíţení v reţimech obou paliv. Při pouţití plynu se motor provozuje na principu
chudého spalování, tj. ve válci je asi 2x více vzduchu oproti minimální potřebě k dokonalému
spálení plynu. To umoţňuje, pokud je správná regulace procesu, řízené spalování a vysoký
měrný výkon válce bez bezprostředního rizika klepání, nebo samovznícení. V plynových
motorech nezahřívá komprese směsi vzduchu a plynu pístem plyn natolik, aby se nastartoval
proces spalování, někdy je třeba přídavné energie a to se provádí nástřikem malého řízeného
proudu paliva (motorové nafty atd.). Protoţe má kapalné palivo, jako je motorová nafta niţší
vlastní zápalnou teplotu neţ plyn, je teplo ve válci těsně u vrcholu dostatečné, aby zaţehlo
kapalné palivo, coţ naopak vytváří dost tepla, aby způsobilo zapálení směsi vzduch-plyn.
Mnoţství zkušebního paliva dosahuje při plném zatíţení 1 – 5 % celkové spotřeby paliva.
Motor pracuje v reţimu kapalného paliva podle Dieselova principu a v reţimu plynného
paliva podle Ottova principu. Zaţehnutá směs paliva a vzduchu expanduje a vytlačí píst.
Nakonec se produkty spalování odstraní z válce, čímţ se cyklus dokončí. Energie uvolněná
spálením paliva se přenáší na setrvačník motoru prostřednictvím pohyblivého pístu.
Alternátor je spojen s rotujícím motorovým setrvačníkem a vyrábí elektřinu.
Obr. 7.6: Motor na zemní plyn /149, Wärtsilä NSD, 2001/
451
7.1.3.3 Motory s vysokotlakým vstřikem plynu
Motory s vysokotlakým vstřikováním plynu pracují podle naftového procesu, jak v reţimu
kapaliny, tak v reţimu plynu. V reţimu plynu je zapotřebí topného oleje (TTO, atd.) ( obvykle
s 3 – 5 % celkového tepelného příkonu paliva) a vysokotlakého plynu o tlaku asi 250 – 400
barů. Motor můţe pracovat na plný výkon jak na kapalné, tak plynné palivo. Na trhu jsou k
dispozici naftové motory s vysokotlakým vstřikováním plynu pro výkony aţ 20 MWel. nebo
s příkonem paliva aţ 40 MWtep..
7.1.3.4 Vyuţití plynových motorů při kogeneraci
Obvyklým zařízením pro vyuţití tepla v kombinovaných závodech výroby tepla a elektřiny
s plynovými motory je výroba nízkotlaké páry pro průmyslové pouţití. Rozmezí tlaků se
pohybuje obvykle od 3 do 16 barů, ale s přídavným spalováním nebo s pomocnými kotli lze
dosáhnout vyššího tlaku páry a její zvýšené produkce. Pára je při 8 barech velmi vhodná pro
odsolování a pro absorpční chladiče, zatímco určité průmyslové pochody by mohly vyţadovat
vyšší tlaky páry. Poměr mezi spotřebou elektřiny a tepla značně závisí na vyuţití jednotlivého
průmyslového zařízení. Typický kogenerační závod vyrábějící páru o 7 aţ 8 barech má
obvykle, pokud se vyrábí pouze pára, celkové vyuţití paliva asi 60 – 70 % a aţ 90 %
účinnost při produkci horké vody. Celková účinnost závisí na mnoţství tepla vodního okruhu
k chlazení motoru, které se můţe vyuţít. V systémech, kde se vyţaduje velké mnoţství
nízkotlaké páry, se pouţívá pomocný kotel spalující naftu nebo plyn, zařazený paralelně ke
kotli na spaliny z motoru. Tepla z výstupního plynu motoru lze také pouţít buď přímo nebo
nepřímo ( v předehříváku vzduchu -„LUVO“) k sušení, předehřevu spalovacího vzduchu atd.,
tedy k účelům závislým na poţadavcích průmyslových pochodů.
Druhým řešením ke zvýšení výrobní kapacity páry je vybavit spalinový kotel přídavným
spalováním. U větších záţehových plynových motorů je obsah kyslíku obvykle 11 – 12 %
objemových a pro naftový motor s vysokotlakým vstřikováním plynu je často vyšší. Tento
kyslík se můţe pouţít jako hlavní spalovací vzduch pro přídavné spalování. Systém také
umoţňuje vyrobit vysokotlakou páru a má při pomocném spalování dobrou tepelnou účinnost
přídavného paliva. Aţ doposud existuje pouze několik pístových motorů (s vratným pohybem
pístu), které jsou vybaveny pomocným spalováním, protoţe je obtíţné zvládnout při spalování
plamen v pulzujícím proudu výstupního plynu z motoru s poměrně nízkým obsahem kyslíku
ve spalinách /63, Wärtsilä, 2000/.
Zajímavým konceptem kogeneračního zařízení (CHP) je kombinovaný cyklus napájecí
vody, kde se vyuţívá odpadního tepla ze spalin motoru a okruhů chlazení ke zvýšení
účinnosti stávajícího zařízení např. zařízení s parním kotlem. Elektrická účinnost zařízení
s plynovým motorem se můţe zvýšit, kdyţ se zařízení vybaví parní turbinou. Parní turbiny,
které se při takovém uplatňování pouţívají, jsou jednostupňové kondenzační turbiny a tlak
páry obvykle dosahuje 12 aţ 20 barů.
7.1.4 Kotle na plyn a ohříváky
Elektrárenské kotle na plyn jsou podobné kotlům spalujícím olej, jak se popisují v kapitole 6.
Kdyţ se projektuje kotel pouze pro spalování plynu, je spalovací komora poněkud menší, ale
ve většině případů se tyto kotle projektují také pro spalování kapalného paliva jako rezervy
pro stavy stabilizace provozu nebo pro případ spoluspalování.
452
Teplo ze spalovaného paliva se pouţívá k výrobě přehřáté páry, která expanduje do parní
turbiny, jeţ pohání generátor. Aby došlo k účinné konverzi energie z páry na elektřinu,
vyuţívají moderní kotle na plyn nadkritických parametrů páry, která dosahuje v reţimu
kondenzace aţ 48 % účinnosti zařízení (výroba elektřiny) a vyuţití paliva při kombinované
výrobě tepla a elektřiny je aţ 93 %. Těchto vysokých účinností lze zpravidla dosáhnout
uplatněním dvojího přihřívání a zvýšením nadkritických parametrů páry na 290 barů a 580 oC.
Jiným vyuţitím kotlů na plyn jsou v mnohých tepelných elektrárnách různého typu pomocné
kotle k najíţdění zařízení, včetně moţností studeného startu. Pomocné kotle se také vyuţívají
ve většině tepláren k vytápění budov a ohřevu strojního vybavení během období odstávek.
Takové kotle jsou určeny k výrobě lehce přehřáté páry o poměrně nízkém tlaku. Tyto malé
kotle nejsou součástí tohoto dokumentu.
Mnoho kotelních zařízení průmyslové energetiky a systémů zásobování teplem pracuje na
plynné bázi. Tato zařízení jsou nejčastěji střední velikosti (tj. 50 – 300 MW). Při rozšířeném
vyuţívání zemního plynu se u nich projevuje značné omezení emisí SO2 a NOx. Velká část
těchto kotlů by také mohla v případě pohotovostních stavů a při spoluspalování pouţívat
záloţní kapalné palivo.
Hořáky kotlů jsou obecně uspořádány na stěnách v několika úrovních (spalování čelní nebo
protilehlé) nebo v několika úrovních tangenciálně ve čtyřech rozích kotle. Systémy spalování
v plynových kotlích jsou podobné kotlům na uhlí nebo topný olej.
Plynové hořáky se také pouţívají u provozních ohříváků, o kterých se někdy hovoří jako o
provozních pecích nebo přímotopných ohřívačích. Jsou to jednotky přenosu tepla určené
k ohřevu produktů nafty, chemikálií a dalších kapalin a plynů, které proudí trubkami.
Kapaliny nebo plyny proudí sestavou trubek umístěných uvnitř topeniště nebo ohřívačů.
Trubky se vyhřívají přímotopnými hořáky, které uţívají standardní specifická paliva, jako je
těţký topný olej (TTO), lehký topný olej (LTO) a zemní plyn nebo vedlejší produkty
z průmyslových procesů, třebaţe se mohou značně lišit sloţením. V USA se obvykle
pouţívají ve většině průmyslových zařízení k ohřevu plynná paliva. V Evropě se obvykle
pouţívají různé druhy zemního plynu zároveň s lehkým topným olejem. V Asii a Jiţní
Americe se dává obvykle přednost těţkému topnému oleji, ačkoliv i zde je na vzestupu
vyuţívání plynných paliv. Podrobnější informace o ohřívačích na plynná nebo kapalná paliva
jsou k dispozici v částech 6.1.4 a 6.1.10.2.
Plynná paliva se vyuţívají jako stabilizační nebo náběhová paliva při najíţdění kotlů na černé
a hnědé uhlí nebo naftu. Tyto techniky spalování se popisují v kapitole 4 a 6.
7.1.5 Spalování v kombinovaném (paroplynovém) cyklu
Dnes při výrobě elektřiny tvoří elektrárny s kombinovanými cykly (paroplynové elektrárny)
asi polovinu nového instalovaného výkonu. U těchto zařízení se k výrobě elektřiny spojuje
plynová (spalovací) turbina s turbinou parní. Z důvodů technických i ekonomických se
v praxi pro paroplynové elektrárny pouţívají paliva jako je zemní plyn a lehký topný olej
(jako záloţní palivo). Na obr. 7.7 je trojrozměrný nákres paroplynové elektrárny postavené ve
Finsku.
453
Obr. 7.7: Paroplynová elektrárna / 96, Helsinki Energy, 2001/
U paroplynových elektráren vyrábějí plynové turbiny elektřinu s účinností asi 33 – 38 %.
Spaliny z plynové turbiny mají obvykle teplotu 430 – 630 oC v závislosti na typu turbiny a na
podmínkách okolního prostředí. Tento horký plyn se vede do spalinového kotle, kde se ho
pouţívá k výrobě páry, která potom expanduje v parní turbině elektrárny v zásadě podobným
způsobem jako u kondenzační elektrárny. Velkou výhodou paroplynové elektrárny je nízká
měrná spotřeba tepla a nízké investiční náklady, takţe je konkurenceschopná navzdory
vysokým nákladům na palivo, tj. zemní plyn. V minulých 20 letech se měrná spotřeba tepla
paroplynových cyklů sníţila z 2,2 na 1,7, tj. účinnost cyklu vztaţená na výhřevnost vzrostla
ze 45 na 58 %. Plynové turbiny se v současné době stále ještě rychle vyvíjejí a je moţné, ţe
se u nich v blízké budoucnosti dosáhne měrné spotřeby tepla pod 1,67 ( účinnosti nad 60 %).
V dnešních zařízeních s paroplynovým cyklem pochází asi 2/3 výkonu z plynové turbiny a
zbývající 1/3 z parní turbiny. Nedávné zkušenosti s uváděním paroplynových zařízení do
provozu naznačují, ţe při snaze dosáhnout předpokládaných velmi vysokých účinností
nastávají potíţe.
Protoţe se při spalování ve spalovací komoře plynové turbiny spotřebuje méně neţ 1/3
kyslíku ze vstupního vzduchu, lze ve spalinách plynové turbiny uskutečnit přídavné spalování
paliva.V moderních paroplynových technologiích to působí při bilanci výroby elektřiny lehké
zvýšení měrné spotřeby tepla.
454
U průmyslových kogenerací se přídavné spalování často pouţívá k regulaci mnoţství páry
vyráběné ve spalinovém kotli nezávisle na výkonu spalovací turbiny. U kogeneračních
jednotek zlepšuje přídavné spalování celkovou účinnost výroby tepla a elektřiny.
Protoţe jak zemní plyn, tak lehký topný olej jsou velmi čistá paliva a umoţňují ve spalovací
komoře plynové turbiny prakticky dokonalé spalování, nejsou u zařízení kombinovaných
cyklů s plynovou turbinou problémy s popelem, spódiem nebo SO2. Problém je pouze
s tvorbou NOx, která se u moderních zařízení redukuje za pouţití speciálních nízkoemisních
hořáků a někdy se k paroplynovému cyklu připojuje selektivní katalytická redukce. U starších
hořáků se můţe NOx sniţovat nástřikem vody nebo páry do hořáků, ale to zvyšuje měrnou
spotřebu tepla.
Plynové turbiny jsou v podstatě velmi hlučné, proto jsou vybaveny specielními protihlučnými
tlumícími kryty s tlumiči zabudovanými na vstupu vzduchu do plynové turbiny a do
výstupního vedení spalin.
Obr. 7.8: Nedávno postavená elektrárna s paroplynovým cyklem v Belgii
V odvětví výroby elektřiny lze pro vyuţití energie obsaţené ve výstupních plynech ze
spalovací turbiny rozlišit několik provozních modifikací plynové turbiny a to:
kombinovaný cyklus bez přídavného spalování
kombinovaný cyklus s přídavným spalováním
kombinovaný cyklus s vyuţitím spalovací turbiny pro ohřev napájecí vody
455
7.1.5.1 Kombinovaný (paroplynový) cyklus bez přídavného spalování (klasický cyklus)
Při tomto procesu se palivo zavádí výhradně do spalovací komory a k ţádnému přídavnému
spalování ve spalinovém kotli nedochází. Pára vyrobená spalinovým kotlem z tepelné energie
obsaţené ve spalinách plynové turbiny se dále vyuţívá při výrobě elektřiny prostřednictvím
parní turbiny. Tento typ kombinovaného cyklu dosahuje aţ 58,5 % účinnosti. Obvykle
vyuţívaným palivem je zemní plyn nebo lehký topný olej, ale lze také vyuţít uhlí ve
zplyňovacím zařízení, které je třeba postavit před plynovou turbinu (viz kapitola 4). Na obr.
7.9 je schematické znázornění technologie kombinovaného cyklu bez přídavného spalování.
Obr.7.9: Schéma elektrárny s kombinovaným cyklem se spalinovým kotlem
/32, Rentz a kolektiv, 1999/.
Vícehřídelové uspořádání se uplatňuje většinou u zařízení stavěných po etapách, u kterých se
plynové turbiny postavily a provozovaly před provozem parního cyklu a kde je záměrem
provozovat plynové turbiny nezávisle na parním systému. Vícehřídelové systémy
u kombinovaných cyklů mají jeden nebo více generátorů s plynovou turbinou a spalinové
kotle, které dodávají páru přes společnou sběrnu do jedné samostatné generátorové jednotky s
parní turbinou.
Systémy by-pasu spalin, které se uplatňují u vícehřídelových systémů s kombinovaným
cyklem při rychlém najíţdění a odstavování a zajišťují flexibilitu provozu, nejsou u
jednohřídelových systémů nebo u vícehřídelových systémů s jednou plynovou a jednou parní
turbinou zapotřebí.
Spalinové kotle jsou obvykle výměníky tepla konvenčního typu provedené z ţebrových
trubek, jenţ přemění teplo ze spalin do cyklu vodní páry. Aby se dosáhlo co nejvyšší
účinnosti, ochladí se spaliny co moţná nejvíce. Teplota je omezena rizikem koroze, ke které
dochází moţnou kondenzací kyselých (sirných) produktů z výstupních plynů. Za běţné se
povaţují výstupní teploty okolo 100 oC.
456
Spalinové kotle se konstruují ve vodorovném (s přirozenou cirkulací v systému odpařování)
a svislém (s nucenou cirkulací v systému odpařování) uspořádání. Volba závisí na potřebě
prostoru a/nebo preferencích zákazníka. Oba typy se rozsáhle vyuţívají.
7.1.5.1.1 KOMBINOVANÝ CYKLUS S PŘÍDAVNÝM SPALOVÁNÍM (S VYUŢITÍM SPALOVACÍ
TURBÍNY JAKO ZDROJE SPALOVACÍHO VZDUCHU)
Při tomto cyklu se tepla výstupních plynů z plynové turbiny vyuţívá jako spalovacího
vzduchu v konvenční elektrárně s parními kotli na uhlí nebo plyn. Pro zařazení tohoto cyklu
do provozu konvenční elektrárny je několik moţných postupů. Ačkoliv lze tuto integraci
uskutečnit v nových projektech, v minulosti se tyto cykly charakteristicky uplatnily jako
moţnost k navýšení výkonu a zlepšení účinnosti stávajících zařízení (viz příklad 6.2.3.1,
v kapitole 6) a/ nebo ke zvýšení schopnosti kogeneračních zařízení dodávat teplo. V uţívání
jsou různé typy zařízení s těmito cykly kombinovanými s plynovými turbinami s výkony aţ
765 MWel. (1600 MWtep.) a mohou dosáhnout aţ 48 % účinnosti. Na obr. 7.10 je uveden
schematický nákres této technologie.
Obr. 7.10: Schéma elektrárny v kombinovaném cyklu s přídavným spalováním
/32, Rentz a kolektiv, 1999/
V kombinovaném cyklu s přídavným spalováním nejsou potřeba ohříváky pro předehřev
vstupního vzduchu a mohou ve schematu zařízení chybět. U plynové turbiny se obvykle zvolí
asi stejný průtok spalin, jako je projektovaný průtok spalovacího vzduchu kotle. Vlivem
niţšího obsahu kyslíku ve spalinách plynové turbiny ( ve srovnání s běţným spalovacím
vzduchem) se můţe ve stávajícím kotli spálit méně paliva. To je příčinou niţší průměrné
teploty kotle a následně niţší výroby páry v kotli.
457
Teplota spalin na výstupu ze sálavé části kotle bude asi stejná jako za stávající situace. To
povede k přebytku tepla o niţších teplotách. Aby se tohoto přebytku tepla vyuţilo, musí se do
kotle zabudovat vysokotlaký a nízkotlaký ekonomizér. V těchto ekonomizérech (paralelně se
stávajícími předehřívači napájecí vody) se předehřeje část napájecí vody a proto poklesne
mnoţství odebírané páry z parní turbiny.
Můţe se také vytvořit dvoufázový proces spalování při vyuţití spalin z plynové turbiny ve
stávajícím kotli a tím se výrazně sníţí emise NOx. V jednom příkladě případové studie
z Nizozemí se dosáhlo sníţení emisí NOx o 50 %.
Elektrický výkon plynové turbiny je 20 – 25 % celkové kapacity elektrárny.
7.1.5.1.2 KOMBINOVANÝ CYKLUS S VYUŢITÍM SPALOVACÍ TURBINY PRO OHŘEV NAPÁJECÍ
VODY
Toto uspořádání procesu je kombinací dvou spojených cyklů uvedených výše. Zde se část
kondenzátu a napájecí voda předehřeje ve spalinovém kotli. Spalinový kotel spojený
s plynovou (spalovací turbinou) nebo motorem s vratným pohybem pístu je zapojen do
klasického parního okruhu jen na vodní straně; k náhradě spalovacího vzduchu spalinami
z plynové turbiny nebo z recipročního motoru (s vratným pohybem pístu) proto nedochází.
Tyto motory se hodí pro předehřev nízkotlaké napájecí vody.
Při vyuţití ohřevu napájecí vody se spaliny z hnacího stroje (plynové turbiny nebo
recipročního motoru ) chladí ve výměnících tepla a předehřívají napájecí vodu. Obvykle jsou
namontovány dva výměníky tepla (nebo řada), z nichţ vţdy jeden je pro ohřev nízkotlaké a
jeden pro ohřev vysokotlaké napájecí vody. Výměníky tepla jsou zařazeny paralelně ke
stávajícím (parovodním) ohřívákům napájecí vody.
Odběr tepla z hnacího stroje (plynové turbiny nebo recipročního motoru) se můţe eliminovat
nebo sníţit, coţ následně způsobí zvýšení elektrického výkonu hnacího zařízení. To znamená,
ţe teplo ve spalinách z hnacího stroje plně přispívá k elektrickému výkonu a účinnosti
jednotky. Zjišťuje se, ţe nejlepšího řešení ohřevu napájecí vody se dosáhne s pohonným
strojem (spalovacími turbinami a recipročními motory) s vysokou účinností a dostatečnou
tepelnou kapacitou pro ohřátí veškeré napájecí vody ode dna.
Zvýšení výroby elektřiny je však omezeno průtočností parní turbiny a jmenovitým
elektrickým výkonem generátoru. To znamená omezení mnoţství tepla ze spalin plynové
turbiny, které se převede do cyklu parní turbiny. Zvýšení účinnosti je při této moţnosti volby
asi 2 – 5 % v závislosti na pouţití pohonného stroje a stávajícím výkonu parní turbiny.
Z porovnání tepla potřebného pro regenerační ohřev s teplem, které je k dispozici ve
spalinách plynové turbiny, vyjde počet potřebných plynových turbin resp. recipročních
motorů a konečné zvýšení tepelné kapacity.
Vyšší flexibilita (výroba elektrické energie oproti výrobě tepla) je u popsané modifikace
důleţitou získanou výhodou. Parní cyklus se můţe provozovat nezávisle na plynové turbině.
Flexibilita je však omezena maximální průtočností nízkotlaké parní turbiny.
Protoţe cyklus s ohřevem napájecí vody neovlivňuje spalovací proces kotle, neovlivní se ani
emise z kotle. Celkové emise se zvyšují o příspěvek emisí z plynové turbiny resp.
recipročního motoru.
458
7.1.6 Kogenerace (CHP)
V elektrárnách výlučně pro výrobu elektřiny se můţe do elektrické energie konvertovat pouze
40 – 60 % energie paliva ( vztaţeno k výhřevnosti paliva). Zbytek se ztrácí jako nízkoteplotní
odpadní teplo do ovzduší nebo do vody, či obojího. Protoţe se hodně tepla také spotřebuje
konečnými uţivateli v síti rozvodu tepla a v mnohých průmyslových pochodech, nabízí se
otázka, jak toto odpadní teplo kondenzačních elektráren uţitečně vyuţít. Z hlediska
termodynamiky je odpověď zcela jednoduchá: zvýšit teplotu odpadního tepla na vyuţitelnou
úroveň např. 70 – 120 oC, pro centrální rozvody vytápění a na 120 – 220
oC pro průmyslové
pochody. To se ale projeví v nákladech na výrobu elektřiny.
Kogenerace je prostředkem jak zlepšit energetickou účinnost působením na organizaci
systému dodávek energie. V kaţdém případě můţe kogenerace oproti samostatné výrobě tepla
a elektřiny z fosilních paliv uspořit palivo. Pokud je v místě dostatečně velká potřeba tepla a
zároveň je k dispozici dostatečně velké kogenerační zařízení, můţe kogenerace také uspořit
peníze. Po stránce technické se mohou všechna zařízení na výrobu elektřiny upravit na
kogeneraci. Nabízí se vhodně vyuţít u kogeneračního zařízení plynovou turbinu, coţ částečně
souvisí s poměrně nízkými investičními náklady a vysokou účinností cyklu.
Teplo ze spalin plynové turbiny se vyuţívá k výrobě páry ve spalinových kotlích (nazývají se
také kotle na odpadní teplo). Pokud jde o kombinovaný cyklus, můţe se pára plně vyuţít
k výrobě elektřiny, nebo se můţe odebírat částečně (nebo někdy zcela) a vyuţívat pro
dodávku páry ke spotřebitelům, kteří potom mohou páry vyuţít ve svých vlastních výrobních
procesech nebo k jiným účelům, jako jsou centrální rozvody vytápění nebo odsolování
mořské vody.
Existuje mnoho moţných konfigurací, jak splnit poţadavky na specifické zařízení.
V závislosti na poptávce po teple a elektřině jsou nejobvyklejší uspořádání tato:
plynová turbina se spalinovým kotlem a dodávkou veškeré vyrobené páry ke
spotřebitelům páry
plynová turbina se spalinovým kotlem s protitlakou parní turbinou a dodávkou veškerého
vyrobeného tepla ke spotřebitelům páry
plynová turbina se spalinovým kotlem a kondenzační turbinou s odběrem páry ke
spotřebitelům a/nebo s vyuţitím odebírané páry k dalším účelům ohřevu. Tento projekt
poskytuje obvykle pruţnější poměr mezi elektřinou a teplem
injektáţ páry do spalovací komory (STIG), při čemţ se také ve spalinovém kotli vyrábí
pára, ale částečně se injektuje do plynové turbiny. Toho se pouţívá především u
plynových turbin odvozených od leteckých motorů bez pouţití parní turbiny. Tyto cykly
se uplatňují hlavně při vyuţití kogenerace s občasnou potřebou provozní páry.
Důleţitým parametrem elektrárny s kogenerací je její poměr elektrického a tepelného výkonu.
Protoţe elektrická energie je očividně 2x aţ 4x ekonomicky hodnotnější neţ teplo, dává se
přednost co nejvyššímu moţnému podílu elektřiny vůči teplu ve spojení s celkově nízkým
měrným teplem. Zde fyzikální zákony stanoví opět své meze. Jak se jiţ objasnilo výše, čím
vyšší je teplota odebíraného tepla, tím méně elektřiny se získá z procesu a získá se více
tepla.
459
V případě, ţe se vyţaduje, nebo je zapotřebí vysoké hodnoty podílu elektřina/teplo, je
mnohem výhodnější kombinovaný (paroplynový) cyklus s plynovou turbinou neţ konvenční
postup výroby páry (jen kotel s parní turbinou).
U kondenzačního cyklu kombinovaného s plynovou turbinou (paroplynového cyklu) pochází
2/3 elektrického výkonu z plynové turbiny a ke ztrátě výkonu související s kogenerací
dochází pouze u parní turbiny, která dává další 1/3 výkonu. Podíl elektrického a tepelného
výkonu u kombinovaných cyklů s plynovou turbinou můţe být při jmenovitém zatíţení např.
1,1 u centrálního zásobování teplem a 0,9 u průmyslu papíru a buničiny, zatímco číselné
hodnoty jen s parní turbinou jsou pouze 0,6 resp. 0,3. Roční průměrné hodnoty těchto podílů
jsou obvykle výrazně niţší, coţ je mimo jiné způsobeno provozem s částečným zatíţením a
reţimy cyklického najíţdění a odstavování zařízení.
Tab. 7.1: Průkazné porovnání kogenerace se samostatnou výrobou elektřiny a tepla
/ 59, Finnish LCP WG, 2000/.
zařízení výroby
elektřiny a tepla
měrná
spotřeba
tepla při
výrobě
elektrické
energie (1)
poměr
elektřiny
k teplu (2)
měrná spotřeba
tepla celého
systému
kogenerace (3)
měrná spotřeba
tepla při oddělené
výrobě elektřiny a
tepla;
uhlí (4)
měrná spotřeba
tepla při oddělené
výrobě elektřiny
a tepla; CCGT (5)
konvenční uhelná
kondenzační
2,3
kondenzační CCGT 1,8
konvenční
průmyslová
kogenerace (6)
5,0 0,28 1,1 1,36 1,25
průmyslová
kogenerace CCGT
2,4 0,9 1,15 1,67 1,43
Konvenční (parní)
kogenerace
2,9 0,6 1,1 1,55 1,36
CCGT 2,1 1,1 1,1 1,73 1,47
kotle pouze na teplo/
uhlí
1,1
kotle pouze na teplo/
TTO
1,1
kotle pouze na teplo/
plyn
1,07
Poznámky:
1) příkon v palivu (vztaţený na výhřevnost)/ čistý elektrický výkon
2) čistý tepelný výkon/ čistý elektrický výkon
3) příkon v palivu (vztaţený na výhřevnost) /(čistá elektřina + tepelný výkon)
4) měrná spotřeba tepla spojená s oddělenou výrobou v konvenčních kondenzačních zařízeních na
uhlí a tepla pouze z kotlů (HR= 1,1) o stejném mnoţství elektřiny a tepla jako v kogeneračním
systému. Porovnává se s měrnou spotřebou tepla (HR) v řádku 3.
5) měrná spotřeba tepla spojená s oddělenou výrobou v kondenzačních závodech CCGT a tepla
pouze z kotlů (měrná spotřeba tepla=1,1) o stejném mnoţství elektřiny a tepla jako v systému
kogenerace. Porovnává se s měrnou spotřebou tepla v řádku 3
6) Admisní pára o 80 barech a 480 oC; protitlak 4 bary
DH-dálkové vytápění (centralizované zásobování teplem);
CCGT= kombinovaný cyklus s plynovou turbinou
Všechna čísla se vztahují ke jmenovitému plnému zatíţení provozu
460
V tabulce 7.1 jsou v kaţdém řádku celkové měrné spotřeby tepla systému ( tři poslední
sloupce vpravo) srovnatelné. Vypovídají o tom, kolik paliva je třeba v systému kogenerace a
v systému téhoţ elektrického a tepelného výkonu, ale s oddělenou výrobou elektrické energie
a tepla. Lze vidět, ţe v obou případech oddělené výroby, ať uţ konvenčního typu nebo CCGT
se spotřebuje výrazně více paliva neţ v systému kogenerace za předpokladu stejné spotřeby
energie. Kdyţ je srovnávací základnou konvenční kondenzační energie, pak sníţení spotřeby
paliva u kogenerace sahá od 20 % u konvenční průmyslové kogenerace do 57 % při
kogeneraci s kombinovaným cyklem plynové turbiny a centrálním zásobováním teplem.
Pokud se předpokládá kombinovaný cyklus s plynovou turbinou a kondenzační cyklus pro
samotnou výrobu elektřiny, jsou úspory u jednotlivých typů menší a činí 12 a 34%. Tyto
hodnoty jsou vypočítány pouze na základě obecného předpokladu úspor paliva
prostřednictvím kogenerace; skutečné hodnoty jsou vţdy závislé na specifikacích kaţdého
projektu a systému dodávky energie, jenţ tvoří jeho součást.
Aby kogenerace byla na trhu úspěšná, je třeba, aby cena za elektřinu byla vysoká a byla
dostatečně velká místní potřeba tepla. Při menší poptávce po teple zůstává velikost zařízení
pod prahem ekonomické konkurenceschopnosti. Potřeba velkých tepelných výkonů existuje
obvykle v průmyslu papíru a buničiny, v rafineriích, v chemickém průmyslu a v některých
případech v potravinářském a textilním průmyslu (dále i pro rozsáhlé městské sídelní
aglomerace – centrální zásobování teplem). Viz také informace o motorech s vratným
pohybem pístu (recipročních) v části 7.1.3.4 „kogenerace za pouţití plynových motorů“.
Chengův cyklus
U „Chengova cyklu“ se vyuţívá tepla odpadních plynů z plynové turbiny k výrobě páry o
jediné výši tlaku, která se veškerá nastřikuje do plynové turbiny. V praxi se Chengova cyklu
pouţívá v jednotkách kombinované výroby tepla a elektřiny (CHP) a uţivatelům se poskytují
obvyklé dodávky páry podle kolísající potřeby tepla. Za situace, kdy není potřeba ţádného
tepla, nebo jen málo, se můţe vyrobená pára pouţít k výrobě elektrické energie. Je třeba
podotknout, ţe se k výrobě páry pouţívá upravená voda, coţ se musí započítat do celkové
ztráty, kdyţ se pára vypustí do ovzduší společně s odpadními plyny. Účinnost se zvyšuje
s klesajícím kompresním poměrem. Účinnost turbiny je při teplotě 1200 ºC na vstupu do
turbiny více neţ 50 % /58, Eurelectric, 2001/.
7.1.7 Sniţování emisí do ovzduší z plynových turbin a kombinovaných cyklů
7.1.7.1 Sniţování emisí prachu
Prach obsaţený v zemním plynu se vypírá pokud moţno v místě výroby. Pokud jde o ţivotní
prostředí a regulaci podmínek spalování, nejsou problémy s emisemi prachu či pevnými
částicemi z plynových turbin, protoţe ty spalují za běţného provozu zemní plyn.
Ostatní plyny, jako jsou vedlejší produkty chemických závodů, mohou obsahovat prach. U
těchto plynů je třeba oproti zemnímu plynu plnit různé hodnoty emisních limitů a pokud by
se tyto limity dodrţet nemohly, musí se spalovat nebo spoluspalovat v elektrárnách
vybavených primárními nebo sekundárními opatřeními ke sniţování emisí prachu.
461
7.1.7.2 Sniţování emisí SO2
Síra je v zemním plynu ve formě H2S a vypírá se na místě. Dosáhne se tak kvality paliva,
která přímo splňuje hodnoty emisích limitů pro SO2 pro všechny druhy pouţití. Ostatní plyny
např. jako jsou vedlejší produkty chemických závodů, mohou obsahovat síru. Tyto plyny
musí oproti zemnímu plynu splňovat různé hodnoty emisních limitů a pokud tyto limity
nemohou běţně splnit, musí se spalovat nebo spoluspalovat v elektrárnách vybavených
technologií odsiřování spalin.
7.1.7.3 Sniţování emisí NOx
7.1.7.3.1 INJEKTÁŢ VODY A PÁRY
Protoţe nízkoemisní spalovací komory (DLN) dosáhly přijatelného stavu vývoje, pouţívá se
nyní nástřiku vody nebo páry jako opatření ke sníţení NOx v Evropě jen minimálně. Ale u
stávajících zařízení je to nejsnadněji proveditelná technologie a lze jí vyuţít ve spojení
s ostatními opatřeními ke sniţování NOx. V Kanadě je asi polovina plynových turbin
vybavena redukcí NOx s injektáţí vody nebo páry .
Nástřik vody/páry se můţe provádět buď injektáţí směsi paliva a vody, případně páry nebo
injektáţí vody nebo páry dýzami přímo do spalovací komory. Odpaření nebo přehřátí páry
vyţaduje tepelnou energii, která potom není k dispozici k vyhřátí plamene. Teplota plamene
tedy klesá a tvorba NOx se také sniţuje. Jak lze vidět na obr. 7.11, závisí podíl sníţení emisí
značně na mnoţství pouţité vody nebo páry. Aby se dosáhlo vysokých podílů sníţení emisí,
jsou nutná velká mnoţství vody nebo páry; někdy je mnoţství injektované vody nebo páry
větší neţ mnoţství spalovaného paliva. Vyšší podíl sníţení emisí lze dosáhnout s vodou neţ
s párou (při daném poměru vody nebo páry k palivu), coţ lze vysvětlit skutečností, ţe je
k odpařování vody potřeba více energie (v praxi je třeba k dosaţení stejného stupně
denitrifikace asi 2x více páry). Injektáţe vody se často pouţívá, kdyţ není k dispozici pára,
např. u zařízení s jednoduchým cyklem a u kompresorových stanic produktovodů, zatímco
injektáţi páry se obvykle dává přednost u kombinovaných (paroplynových) cyklů se
spalováním zemního plynu, kde se pára získává snadněji ze spalinového kotle.
Pára nebo voda nastřikovaná do plynových turbin musí mít velmi vysoký stupeň čistoty, coţ
vyţaduje vyuţití vysoce kvalitní vody z úpravny, a to naopak můţe činit vyšší nároky na
odpadní vody, které je třeba zneškodnit. Páru nebo vodu je rovněţ potřeba nastřikovat za
vysokých tlaků, obvykle 20 barů nebo vyšších. Vyuţití injektáţe páry nebo vody můţe také
sníţit očekávanou ţivotnost plynové turbiny.
Lze dosáhnout 60 % aţ 80 % účinnosti sníţení emisí, ale bez omezení CO. Pokud se sledují
hodnoty emisního limitu pro CO, lze dosáhnout účinnosti sníţení NOx mezi 40 a 60 %. Podíl
páry/vody do paliva závisí na typu plynové turbiny ( např. pro plamen) a kolísá mezi 1 aţ 1,2.
Emise NOx se mohou sníţit asi na 80 – 120 mg/Nm3 ( při 15 % O2). Podíly sníţení pomocí
injektáţe páry nebo vody znázorňuje obr. 7.11.
Injektáţ vody nebo páry má vliv na základní parametry plynové turbiny, jako je výkon,
účinnost a hmotnostní koncentrace proudu spalin. Například: účinnost plynové turbiny se
prostřednictvím injektáţe vody nebo páry sníţí a při vyšších podílech vody v palivu se mohou
objevit problémy se stabilitou plamene /32, Rentz a kolektiv, 1999/.
462
Investiční náklady na dovybavení plynových turbin nástřikem vody nebo páry se mohou
značně lišit. Souvisejí hlavně s úpravou vody a pouţitým nástřikovým zařízením. Přídavné
provozní náklady vyvolané injektáţí vody nebo páry jsou způsobeny vyšší spotřebou paliva.
Obr.7.11: Sniţování NOx injektáţí vody nebo páry / 32, Rentz a kolektiv, 1999/
Některé hlavní nevýhody této techniky sniţování NOx jsou zvýšené emise CO a uhlovodíků,
sníţení tepelné účinnosti zařízení a zvýšení spotřeby paliva. Injektáţ páry způsobuje větší
ztráty na účinnosti neţ injektáţ vody (3 – 4 % u injektáţe vody). Kromě toho má přímá
injektáţ vody nebo páry za následek větší namáhání materiálu ( na povrchu mohou vzniknout
malé trhliny vlivem teplotního šoku) neţ injektáţ směsi paliva a vody nebo paliva a páry.
Proto se dává přednost druhé alternativě /32, Rentz a kolektiv, 1999/.
Hladiny emisí mohou značně kolísat v závislosti na zatíţení turbiny. U mnoha zařízení se
můţe pára vyrábět pouze při vyšším zatíţení, coţ znamená, ţe se budou emise sniţovat pouze
poté, co se této základní hladiny zatíţení dosáhne. To způsobuje, ţe se u plynových turbin se
značnými změnami v zatíţení nástřiku páry málo vyuţívá. Vybavení plynové turbiny o
výkonu 140 MW tep. injektáţí páry stojí asi 1,7 mil. EUR.
Nástřik vody nebo páry ke sniţování NOx se můţe provádět jen do určité míry. Pokud je
průtokový objem páry nastřikované do palivového hořáku příliš vysoký (výrobce plynové
turbiny stanoví obvyklý limit průtokového mnoţství páry /průtokovému mnoţství topného
plynu = 1,2), odpovídají tomu i dopady na kompresor.
463
Mnoţství páry (nebo vody) také můţe odpovídat za problémy ve spalovací komoře (s hořáky,
průtokovými manţetami, vyzdívkami, potrubními přechodkami) a zejména se zvláštním
vlivem na ţivotnost a rizika poruchy při poškození dalších segmentů umístěných za turbinou.
Kromě toho zvýšení obsahu vody ve výstupním proudu ze spalovací komory do turbinové
části má dopad na neporušenost lopatek a dýz. Ve skutečnosti je koeficient výměny tepla
z výstupního toku na povrch dýz nebo lopatek úměrný koncentraci vody. Tedy, pokud běţí
plynová turbina za účelem sníţení emisí NOx s velkým mnoţstvím páry nebo vody, můţe
nastat mechanické poškození a sníţení účinnosti, čímţ se zvýší náklady na údrţbu a riziko
selhání.
Injektáţ vody nebo páry vyţaduje pro provoz úpravu pouţívané vody. V místech, kde se pára
nebo voda nepouţívají pro další potřebu, jsou investiční i provozní náklady vysoké.
V případech, kde jsou kompresorové stanice plynu s rozsahem tepelného příkonu 20 aţ 250
MW s měnícími se provozními podmínkami a s nízkým počtem provozních hodin za rok
umístěny v odlehlých místech, jsou celkové náklady vysoké. Kromě toho vyţaduje převedení
systému spalování plynové turbiny na injektáţ páry nebo vody řadu změn v projektu i
technologickém uspořádání oproti běţnému řešení plynových turbin. Ukázalo se, ţe tato
technologie není pro dálkový dopravní systém plynu v Evropě vhodná.
7.1.7.3.2 TECHNOLOGIE DLN (DRY LOW NOX)
V současné době se uplatňují u velkých plynových turbin spalovací komory DLN a zdá se, ţe
se rozšíří i na malá zařízení (např. dokonce na plynové turbiny s výkonem pod 20 MWel.).
Technologie DLN se nedávno uplatnila u plynových turbin pouţívaných na plovoucích
plošinách (viz také části 7.1.12 a 7.5.5).
464
Obr. 7.12: Schéma spalovací komory DLN
Základní charakteristikou spalovacího zařízení DLN (např. obr. 7.12) je, ţe se provádí
směšování paliva a vzduchu a spalování ve dvou postupných etapách. Při mísení spalovacího
vzduchu a paliva před spalováním se dosahuje homogenního rozprostření teploty a niţší
teploty plamene, coţ působí niţší emise NOx.
V současné době představují zařízení se spalovací komorou DLN dobře fungující technologii,
zejména u plynových turbin na zemní plyn. Plynové turbiny na topné oleje je nutno podrobit
dalšímu vývoji, protoţe u provozů těchto turbin se musí nejen předem namísit vzduch a
palivo před spalováním, ale také odpařit kapalné palivo. Protoţe na rychlost odpařování má
vliv velikost částic, soustřeďuje se současný výzkum na vývoj účinnějších nástřikových
systémů.
U švédské elektrárny s plynovou (spalovací) turbinou se jiţ dva roky provozují v reţimu
předběţného mísení hybridní hořáky na lehký topný olej: dosáhlo se výrazného sníţení NOx,
ale dosaţené hodnoty nejsou tak nízké jako při spalování zemního plynu.
Předmětem vývoje jsou rovněţ i systémy DLN pro dvojí palivo (plyn a plynový olej)
spalované v plynové turbině. Od jednoho výrobce pronikly informace, ţe takové systémy
DLN na dvojí palivo jsou jiţ nyní k dispozici a testují se.
Spalovací komory DLN jsou velmi účinné a spolehlivé. Dnes jsou téměř všechny plynové
turbiny k průmyslovému vyuţití vybaveny systémy DLN. Pro plynovou turbinu o 140 MWtep.
představuje dovybavení o moderní hořáky DLN náklady 2 mil. EUR.
465
V důsledku své vysoké účinnosti mají nové hořáky velmi hospodárný provoz, zejména proto,
ţe nemají velké energetické ztráty z paliva, nebo ve formě uhlovodíků atd.. Investiční náklady
jsou asi o 15 % vyšší a náklady na údrţbu jsou vyšší asi o 40 % oproti nákladům na údrţbu u
plynových turbin bez spalovacích komor DLN. Spalování s DLN je velmi specifickým
modelem, coţ znamená, ţe kaţdý výrobce vyvíjí technologii zvlášť pro kaţdý model tam,
kde je k tomu natolik poţadavků, aby se odůvodnil pro takový vývoj nutný výzkum. U
starších modelů nebo modelů s nízkými poţadavky na technologii to ale nemusí být
samozřejmé. Dřívější verze technologie mohou mít také poněkud vyšší hladiny NOx neţ
nedávno vyvinuté verze.
7.1.7.3.3 SELEKTIVNÍ KATALYTICKÁ REDUKCE (SCR)
Mnohé plynové turbiny vyuţívají v současné době ke sniţování emisí NOx pouze primárních
opatření, ale systémy SCR byly jiţ namontovány u určitých plynových turbin v Rakousku,
Japonsku, Nizozemí a v USA ( zejména v Kalifornii). Odhaduje se, ţe na celém světě je asi
300 plynových turbin vybaveno systémem SCR. Další uplatnění technologie SCR se plánuje
u plynových turbin v Dánsku a Itálii /32, Rentz a kolektiv, 1999/. Obrázky 7.13 a 7.14
znázorňují, jak se pouţívají katalyzátory SCR u koncepce paroplynových cyklů, první u
horizontálního spalinového kotle a potom u zařízení s vertikálním uspořádáním /161, Joisten a
kolektiv/.
Obr.7.13: Projekt horizontálního spalinového kotle se zařízením SCR /161, Joisten a kolektiv/
466
7.14: Zařízení SCR ve vertikálním uspořádání /161, Joisten a kolektiv/
7.1.7.3.4 Porovnání nákladů na redukci NOx u plynových (spalovacích) turbin v roce 1993 a
1999
Tab. 7.2: Porovnání nákladů na redukci NOx u plynových (spalovacích) turbin v roce 1993 a
1999 (náklady na rekonstrukci nejsou zahrnuty) /182, OSEC, 1999/
technologie
sniţování NOx
výkon
turbiny
(MW)
sníţení emisí
(ppm)
1993 1999
USD/t UScenty/kWh USD/t UScenty/kWh
Injektáţ voda/pára 4 -5 nesníţeny→42 1750-2100 0,47-0,50 1500-1900 0,39-0,43
DLN 4 –5 nesníţeny→ 42 820-1050 0,16-0,19 n.d.2 n.d.
DLN 4 -5 nesníţeny→ 25 n.d.2 n.d. 270-300 0,006-0,09
Katalytické
spalování 1
4 -5 nesníţeny→ 3 n.d. n.d. 1000 0,32
Nízkoteplotní SCR 4 -5 42→ 9 n.d. n.d. 5900 1,06
Konvenční SCR 4 -5 42→ 9 9500-10900 0,80-0,93 6300 0,47
Vysokoteplotní
SCR
4 -5 42→ 9 9500-10900 0,80-0,93 7100 0,53
SCONOx 4 -5 25→ 9 n.d. n.d. 16300 0,85
Injektáţ voda/pára 20-25 nesníţeny→ 42 980-1100 0,24-0,27 980 0,24
DLN 20-25 nesníţeny→ 25 530-1050 0,16-0,19 210 0,12
Katalytické
spalování 1
20-25 nesníţeny→ 3 n.d.2 n.d. 690 0,22
467
Nízkoteplotní SCR 20-25 42→ 9 n.d. n.d. 2200 0,43
Konvenční SCR 20-25 42→ 9 3800-10400 0,30-0,31 3500 0,20
Vysokoteplotní
SCR
20-25 42→ 9 3800-10400 0,30-0,31 3800 0,22
SCONOx 20-25 25→ 2 n.d. n.d. 11500 3 0,46
Injektáţ voda/pára 160 nesníţeny→ 42 480 0,15 480 4 0,15
DLN 170 nesníţeny→ 25 n.d. 2 n.d. 124 0,05
DLN 170 nesníţeny→ 9 n.d. n.d. 120 0,055
Katalytické
spalování 1
170 nesníţeny→ 3 n.d. n.d. 371 0,15
Konvenční SCR 170 42→ 9 3600 0,23 1940 0,12
Vysokoteplotní
SCR
170 42→ 9 3600 0,232 2400 0,13
SCONOx 25→ 2 n.d. n.d. 6900 3 0,29
Poznámky:
1) náklady jsou odhadnuty na základě technologie spalování s katalyzátorem XONON (TM)
,
která se začala komerčně vyuţívat v roce 1999. Odhady ročních nákladů poskytnuté
výrobci se nevztahují k zařízení pouţívaných v praxi.
2) n.d = není k dispozici (tj. technologie, která v roce 1993 nebyla k dispozici, nebo
technologie, která je v roce 1999 zastaralá)
3) SCONOX (TM)
– výrobcem poskytnutá částka na 83 MW jednotku. Částka byla
přizpůsobena příslušné velikosti jednotky
4) Jedna plynová turbina o základním zatíţení instalovaná v roce 1999 je vybavena
nástřikem páry. Všechna následující strojní zařízení pro základní zatíţení jsou vybavena
DLN technologií. Z toho důvodu se o číselných hodnotách z roku 1993 předpokládá, ţe
se u parní injektáţe nezměnily.
Náklady uvedené v tabulce 7.2 jsou u plynové turbiny značně závislé na specifických
mezních podmínkách, a přechod na jiné druhy zařízení nebude moţný. Údaje o nákladech
neplatí pro zařízení na plovoucích plošinách.
7.1.8 Redukce emisí NOx z motorů vznětových a na dvojí palivo (v reţimu plynu)
Nejdůleţitějším ukazatelem, který řídí u motorů s vnitřním spalováním tvorbu NOx je teplota
spalování; čím vyšší je teplota, tím vyšší je obsah NOx ve výstupních plynech. Jednou z
metod ke sníţení teploty spalování je sníţit poměr palivo/vzduch a stejné měrné mnoţství
tepla uvolněného ze spalování paliva potom pouţít k vyhřátí většího objemu spalin, coţ
povede k niţší maximální teplotě spalování. Toto primární opatření nazývané chudé spalování
je u motorů s vratným pohybem pístu (recipročních) analogické spalovacím komorám DLN u
plynových turbin. Plynové motory vznětové a na dvojí palivo mají nízkou výši NOx vlivem
chudého spalování. U některých speciálních zařízení (např. u větších zařízení v těţko
dostupných oblastech USA) jsou plynové turbiny vybaveny SCR pro přídavnou redukci NOx.
Vznětové motory a na dvojí palivo v reţimu plynu jsou často vybaveny katalyzátorem
oxidace hlavně k odstranění CO. Emise nemetanových těkavých organických látek
(NMVOC) ze vznětových plynových motorů s chudým spalováním a motorů na dvojí palivo
v reţimu plynu jsou závislé na sloţení zemního plynu. V některých případech, v závislosti na
platné legislativě a sloţení zemního plynu, můţe být potřeba pouţít sekundární techniky ke
sniţování emisí NMVOC a ke sníţení CO zároveň s NMVOC se uplatní oxidační
katalyzátory.
468
V případě SCR je obvykle zvoleným redukčním činidlem pro systémy SCR uplatňované u
motorů roztok močoviny. U zařízení s kolísavým zatíţením se emise z motorů měří během
chodu při různých hladinách zatíţení. Naměřené hodnoty emisí se potom vkládají do řídícího
systému, který zajišťuje, ţe se redukční činidlo bude vstřikovat do proudu výstupního plynu
při kolísání hladin NOx ve správném mnoţství. Typ katalyzátoru a velikost reaktoru na SCR
jsou přizpůsobeny limitům tlakové ztráty kaţdého jednotlivého zařízení tak, ţe výkon motoru
se ţádnými změnami neovlivní / 167, Rigby a kolektiv, 2001/.
7.1.9 Sniţování emisí NOx z plynových kotlů
Kotle a systémy spalování se projektují obecně pro nízké emise ze spalování. V zásadě
existují tři různé způsoby, jak lze emise NOx sníţit:
pouţitím nízkoemisních hořáků. Podmínkou pro nízké emise NOx je nízká teplota v zóně
primárního spalování a dostatečná doba prodlevy pro dokonalé shoření spalných plynů
v topeništi. Tím se sníţí teplota plamene;
recirkulací spalin, coţ je metoda, která můţe být účinná tehdy, je-li velký procentuelní
podíl emisí tepelných NOx. Tím se sníţí jak teplota plamene, tak rovněţ koncentrace
kyslíku;
dvoufázovým spalováním, které omezuje reakce mezi kyslíkem a dusíkem na vzduchu
během procesu spalování. Výrazně nízké emise NOx lze dosáhnout přiváděním vzduchu
poblíţ kaţdého jednotlivého hořáku ve třech etapách a přídavný vzduch nad kaţdý
jednotlivý hořák a tyto vzdušné toky přesně dávkovat;
Norma pro emise NOx z plynového kotle je niţší neţ 100 mg/Nm3.
7.1.10 Úprava odebírané i odpadní vody
U plynové turbiny a spalinových kotlů se vyţaduje demineralizovaná voda k následujícím
účelům:
jako upravená voda pro náhradu ztráty odluhem z válců spalinových kotlů. Pokud se
vyuţije nástřiku páry nebo vody, musí se rovněţ ztráta vody vykompenzovat upravenou
vodou. Kvalita musí splňovat poţadavky výrobců a proto se vyţaduje úprava vody.
Demineralizace obvykle postačuje k tomu, aby se tyto poţadavky splnily
k promývání kompresoru plynové turbiny se obvykle pouţívá demineralizovaná voda.
Kondenzát z cyklu voda/pára se někdy vyuţívá k přímému promývání, ale obvykle se
demineralizovaná voda dodává do samostatné jednotky k promývání vodou. U nepřímého
promývání se do demineralizované vody přidává detergenční činidlo, aby se zlepšil
promývací účinek.
Odpadní voda z plynové turbiny a spalinového kotle ( pokud se pouţije) zahrnuje:
odluh z cirkulačního systému kotle k zajištění kvality kotelní vody. Aby se kotel chránil
před korozí, obsahuje kotelní voda obvykle aditiva jako je čpavek, hydroxid sodný a/nebo
fosforečnany. V praxi se tato voda ochlazuje a vypouští do kanalizace nebo, pokud voda
nesplňuje poţadavky povolení, na úpravnu odpadní vody.
469
odpadní voda z procesu promývání plynové turbiny vodou se můţe vypouštět, nebo se
musí povaţovat za chemický odpad v závislosti na pouţitých detergentech pro promývání
a materiálech z kompresoru a zneškodňuje se
voda, která je kontaminovaná olejem nebo tekutinami s obsahem oleje se obvykle
zachycuje ve sběrném systému a vypouští se samostatně na úpravnu odpadní vody
zbytková odpadní voda ze závodu, jako je promývací voda se běţně vypouští do domácí
kanalizace
Další úprava odpadní vody z plynové turbiny ( a/nebo spalinového kotle, pokud se pouţije) je
nutná k tomu, aby se splnily poţadavky povolení pro vypouštění odpadní vody.
7.1.11 Sniţování emisí hluku
Velká zařízení pouţívaná v elektrárnách spalujících plyn mohou působit emise hluku a/nebo
hluk vlivem vibrace strojů. V těchto případech se mohou emise hluku omezovat následujícím
způsobem:
umístěním plynových turbin, parních turbin a generátorů do uzavřených prostor
odvětráváním uzavřený prostorů ventilátory se sníţenou hlučností
oplášťováním podpůrné konstrukce parní turbiny
vybavením komínů vysoce účinnými tlumiči
umístěním napájecích čerpadel kotle do uzavřených prostor
postavením čerpadlové haly nad čerpadly pro cirkulaci chladící vody
provozováním ventilátorů s nízkým hlukem u chladících věţí (je třeba uvést, ţe emise
hluku z průtočných systémů chlazení vodou jsou menší neţ z chladících věţí)
7.1.12 Spalovací zařízení na plovoucích plošinách
Zařízení pro těţbu nafty a plynu v sektoru plovoucích těţních plošin ve Spojeném království a
Norsku jsou umístěna na ocelové nebo betonové podpůrné konstrukci s nahoře
namontovanými moduly, které obsahují zařízení ke zpracování nafty a vyuţívají obvykle
plynových (spalovacích) turbin pro výrobu elektřiny a eventuálně i pro pohon velkých
čerpadel a kompresorů s pístovými motory (naftovými) s vnitřním spalováním jako nouzové
zdroje a případně pro pohon poţární stříkačky. Taková spalovací zařízení, která se provozují
na plovoucích plošinách v Severním moři spadají pod směrnici IPPC, tj. se jmenovitým
tepelným příkonem nad 50 MW, zejména plynové turbiny, se provozují v počtu asi 270 kusů.
Jsou to turbiny, které většinou spalují zemní plyn právě těţený z dotyčných plynových polí.
Část není vhodná k dalším účelům a proto se musí spálit na svíčce nebo odvětrat do
atmosféry. Tudíţ se nedá, nebo nemůţe úplně zpracovat a liší se jak sloţením, tak výhřevností
od jedné oblasti k druhé a čas od času dokonce v rámci jedné oblasti /124, OGP, 2000/.
470
Obr. 7.15: Ropná plošina v Severním moři /150, Marathon OIL, 2000/
Z technických důvodů a kvůli bezpečnosti je 44 % turbin provozovaných na plovoucích
plošinách typu „na dvojí palivo“ a mohou spalovat buď zemní plyn z těţeného pole, nebo
naftu. Turbiny na dvojí palivo se obvykle pouţívají k výrobě elektrické energie, která je
potřeba pro prováděné činnosti na palubě plošiny. Za mimořádných nebo nouzových
podmínek se provozují na topnou naftu např. kdyţ se zastavuje těţba plynu.
Nafty se také pouţívá při najíţdění provozů, kdy je ještě k dispozici pouze omezené mnoţství
plynu. Zbývajících 56 % turbin provozovaných na plovoucích plošinách jsou jednoduché typy
na plyn a pouţívají se především k mechanickému pohonu např. u kompresorů plynu /124,
OGP, 2000/. U zařízení na plovoucích plošinách se pouţívají dva základní typy průmyslových
plynových turbin a to plynové turbiny na bázi leteckých motorů a vysoce výkonné plynové
turbiny. Reciproční motor na dvojí palivo je nové základní pohonné zařízení, které se na trhu
zařízení pro plošiny vyskytuje (viz část 7.1.3.2, kde se uvádí o tomto typu motoru více
informací).
Typ odvozený z leteckých motorů je mnohem přizpůsobivější proměnlivému zatíţení neţ
vysoce výkonné průmyslové jednotky („heavy duty“) a proto se ho vyuţívá ve větší míře při
čerpání plynu a nafty stejně jako k výrobě elektrické energie. Turbina můţe obsahovat
k získání optimálního výkonu z různých stupňů expanze plynu a stlačování vzduchu více neţ
jednu souosou hřídel.
471
Vysoce výkonné průmyslové turbiny se vyuţívají hlavně k výrobě elektřiny. Často se staví
jako jednohřídelový stroj, kde jsou na jediné hřídeli kompresor, turbina a výkonová turbina.
Při najíţdění musí celý rotor akcelerovat na soběstačnou rychlost, obvykle pomocí naftového
nebo elektrického motoru. Kdyţ se ho pouţívá k výrobě elektřiny, musí se dodrţovat správná
regulace rychlosti, dokonce i v případě ztráty elektrického zatíţení /123, DTI, 2001/.
Plovoucí zařízení na naftu i plyn, přestoţe vyuţívá určité spalovací výbavy na plovoucích
plošinách obvyklé, jsou sloţitější a potenciálně nebezpečnější pro ţivotní prostředí neţ
řekněme elektrárna na pobřeţí, coţ vede k vyšším nákladům a to z následujících důvodů:
organizace souvisí s převozem lidí a zařízení na plošinu;
kapacita kajut pro obsluţný personál je během provozních úprav omezená, coţ můţe
znamenat buď prodlouţení doby montáţe nebo nutnost pronajmutí plovoucího hotelu;
existuje vyšší podíl lidské práce;
práce v horkém přetíţeném prostoru provozu je rizikem bezpečnosti; tak se musí udělat
v místě naleziště více práce (coţ zvyšuje náklady) nebo během úplné odstávky (ztráta na
produkci);
kromě úpravy vybavení se také často musí rozsáhleji upravit systémy sofistikované
ochrany před poţárem;
vyţaduje-li úprava další prostor, musí se provést nákladné stavební práce, jsou-li vůbec
moţné;
výše ztráty nebo pozdrţené těţby je často výraznější neţ u zařízení postaveného na
pevnině;
Kromě toho prostor a váha vedou především k mnohem vyšší hustotě vybavení, neţ je
obvyklé u zařízení na pevnině. Plovoucí plošina mimoto brání obecně jakékoliv přílišné
sloţitosti z důvodů hmotnosti, prostoru a faktorů provozu, včetně aspektů bezpečnosti /123,
DTI, 2001/. Proto se sloţitější systémy, jako jsou zařízení s kombinovaným cyklem uplatňují
pouze ve velmi málo případech, jako jsou systémy, které vyţadují značné vyuţití chemikálií
nebo plovoucí pomocné vybavení, např. zařízení k čistění spalin.
7.1.12.1 Sniţování emisí do ovzduší z plynových turbin na plovoucích plošinách
Zvaţování mechanismů tvorby oxidů dusíku (viz také část 1.3.2.2) ukazuje, ţe projekt
spalovacího zařízení ke sníţení jejich tvorby tepelnou cestou znamená omezení celkové
teploty a doby prodlevy a minimalizaci výskytu horkých míst pomocí optimalizace směsi
vzduchu a paliva.
Zlepšení tepelné účinnosti provozu při vyšších teplotách však směřuje ke zvýšení koncentrace
oxidů dusíku, ale hmotnostní úniky se mohou sníţit, aby se zvýšila tepelná účinnost, ale tento
aspekt je však velmi specifický pro dané strojní vybavení. Kromě toho se emise NOx mohou
zvýšit za podmínek částečného zatíţení, ale to by se mělo rozváţit, uţ kdyţ se revidují
projektové návrhy.
Injektáţ vody a páry lze zavést u řady plynových turbin. To vyţaduje upravit dávkování
paliva nebo instalovat zvláštní rozvod nástřiku vody. Voda se vstřikuje v předem stanoveném
poměru s palivem.
472
Například zařízení o příkonu 50 MWtep. by potřebovalo asi 3 tuny vody za hodinu, aby se
dosáhlo 65 % sníţení oxidů dusíku. Vstřikování vody způsobuje mírný nárůst elektrického
výkonu, ale mírný pokles účinnosti turbiny. Voda však musí mít alespoň kvalitu vysokotlaké
napájecí kotelní vody a taková kvalita a mnoţství nejsou obvykle na plovoucí plošině snadno
dostupné.
Injektáţ páry do spalovací komory plynové turbiny má stejný účinek jako injektáţ vody při
chlazení spalovacího zařízení a sniţování tepelných oxidů dusíku. U zařízení s příkonem 50
MWtep. by bylo třeba asi 4 t páry/hod, aby se dosáhlo sníţení oxidů dusíku o 65 %. Injektáţ
páry u Chengova cyklu ke sníţení NOx zároveň se zvýšením účinnosti, coţ lze uplatnit u
všech turbin na plynné palivo s konvenčním spalováním (technologií difusního plamene), se
můţe rovněţ vyuţít u turbin na plovoucích plošinách. Konvenční injektáţ páry do turbin
spalujících plyn se popisuje v části 7.1.7.3.1 tohoto BREF, kdy lze dosáhnout 40 – 60 %
sníţení emisí NOx při nevýrazném zvýšení emisí CO. Chengův cyklus nástřiku páry ale
poskytuje řešení, která dělají z této techniky ke sniţování NOx mnohem kvalifikovanější
metodu, neţ je konvenční injektáţ páry. Chengův systém poskytuje unikátní směšování
plynného paliva a páry tak, ţe lze NOx sníţit aţ o 95 %. Ale opět je to vysoce kvalitní voda,
které je potřeba k tvorbě páry, jeţ obvykle není u zařízení na plovoucí plošině běţně
k dispozici /123, DTI, 2001/.
Někteří výrobci turbin vyvíjejí pro nové turbiny a pro modernizovaná zařízení technologii
DLN (dry low-NOx ) za pouţití analyzátoru plynu se zabudovaným programem pro palivo a
systém řízení turbiny (resp.motoru). Z důvodů specielních omezení u plovoucích plošin (např.
prostoru, sloţitosti i váhy), není injektáţ vody a páry příliš praktickým řešením. V současné
době se technologie DLN uplatnila u několika plynových turbin na norské plošině. Jak se
uvádí v následujícím odkazu /122, Carstensen a Skorping, 2000/, jsou turbiny s technologií
DLN zabudovány mnohem častěji u zařízení k mechanickému pohonu. To proto, ţe mnoho
pouţívaných turbin na výrobu elektřiny má systém dvojího paliva. S turbinami, u kterých se
kombinují charakteristiky chudé směsi se schopnostmi kapalného paliva není ještě dostatek
zkušeností a proto se ještě nevyuţívají.
U nových i stávajících plynových turbin lze uplatnit systém ke sniţování NOx (NOxRED),
ale hlavní trh pro plovoucí plošiny se soustředil na turbiny SAC. Kdyţ se za spalovací
komoru vstřikuje malé mnoţství čpavku, neovlivní turbina NOxRED podmínky spalování a
míru účinnosti. Techniku lze pouţít jak na turbinu pro dvě paliva, tak na turbinu pro jedno
palivo a je nezávislá na jakosti paliva.
Techniky zařazené po spalování, jako je selektivní katalytická redukce, se pouţívají u
plynových turbin v několika evropských zemích a částečně v Japonskou a Kalifornii, aby se
splnily nízkoemisní normy pro oxidy dusíku. SCR je chemickou redukcí oxidů dusíku
redukčním činidlem, obvykle plynným čpavkem. S ohledem na prostor a váhu takového
systému a zejména se zřetelem k problémům zdraví a bezpečnosti při skladování a manipulaci
se čpavkem se tato technika neuplatnila a v současné době se u spalovacích zařízení na
plovoucích plošinách nepovaţuje za příliš schopnou realizace.
Systém monitorování emisních ukazatelů nazývaný PEMS lze na plovoucích plošinách
povaţovat za alternativu systému kontinuálního monitorování emisí CEMS. PEMS se jako
techniky monitorování velmi vyuţívá v USA u NOx.
473
V USA můţe provozovatel zařízení pouţít PEMS místo CEMS, pokud má zařízení atest, ţe
nová metodika PEMS má stejnou nebo větší přesnost, spolehlivost, časový interval pro
měření a ukládání informací jako CEMS.
7.1.12.2 Účinnost plynových (spalovacích) turbin na plovoucích plošinách
U zařízení na plovoucích plošinách se značně vyuţívá otevřených nebo jednoduchých
uspořádání cyklů s ohledem na prostor, hmotnost a provozní důvody. U posledních nových
velkých plynových turbin lze očekávat aţ 40 % tepelnou účinnost. U stávajících plynových
turbin je ale za běţných provozních podmínek tepelná účinnost spíše 30 – 35 %.
K dosaţení vysokých tepelných účinnosti a nízkých emisí je třeba pokročilého
sofistikovaného projektu, protoţe vyšší tepelné účinnosti mohou vést k vysokým teplotám
spalování, coţ můţe zvyšovat tvorbu NOx /1123, DTI, 2001/.
Účinnost samotných turbin je pouze jedním z faktorů celkové energetické účinnosti u
plovoucích zařízení. Aby se na plovoucích plošinách získala účinnější produkce energie, je
třeba zohlednit mnoho faktorů a některé z nich jsou:
optimalizace procesu tak, aby se minimalizovala spotřeba energie a mechanická práce
vyuţití proměnlivých rychlostí pohonu, kolísá-li výkon velké rotující strojní soupravy
optimalizace velikostí vedení, aby se sníţily tlakové ztráty vyuţitím expanzních komor a
hydraulických čerpadel a tlaková ztráta se namísto seškrcení páry vyuţila
optimalizace velikosti zařízení, aby se předešlo recyklování a provozu s částečným
zatíţením
optimalizace a udrţování systémů vstupu a výstupu způsobem, který udrţuje co nejniţší
tlakové ztráty
vyuţití tepla výstupního plynu z turbiny k rozvodům a ohřevu na plošině
474
7.2 Příklady pouţívaných postupů a technik
Tato část kapitoly 7 uvádí řadu příkladů technik a postupů, které se v současné době pouţívají
u různých zařízení spalujících plynná paliva. Účelem příkladů je ukázat, jak se specifické
techniky uplatňují u nových nebo rekonstruovaných zařízení, aby se zajistila vysoká úroveň
ochrany ţivotního prostředí jako celku, přičemţ se zohledňují v kaţdém případě místně-
specifické podmínky a poţadavky ochrany ţivotního prostředí.
Ze shromáţděných informací však není vţdy jasné, zda nebo jak se kaţdá z technik
popsaných v příkladech posuzovala s ohledem na definici BAT uvedenou v článku 2, odstavec
11 Směrnice 96/61/EC a rovněţ s ohledem na seznam opatření přijatých obecně nebo pro
specifické případy, kdy se určily nejlepší dostupné techniky se zohledněním
pravděpodobných nákladů a přínosů opatření a zásad předběţných opatření a prevence a jak
se následně techniky vybíraly a uplatňovaly. Kromě toho nelze zabezpečit, ţe působení na
ţivotní prostředí bude trvalé a bude za všech podmínek provozu pokračovat a po jakou dobu,
zda se nenarazí na nějaké problémy a co znamenají přenosy vlivů z jednoho prostředí do
druhého. Také není vţdy jasné, jaká je motivace pro uplatnění techniky a jaké náklady a
přínosy pro ţivotní prostředí jsou s kaţdým případem spojeny. Proto jsou informace
poskytnuté u následujících příkladů pojaty pouze jako obecné indikace převzaté ze současné
provozované praxe a nemohou se povaţovat za příslušné referenční body.
Techniky, které se uvádějí jako příklady, pocházejí z informací, které poskytli a posoudili
členové Technické pracovní skupiny, jakoţto součást výměny informací o velkých
spalovacích zařízeních.
7.2.1 Jednotlivé techniky ke sniţování emisí z velkých spalovacích zařízení na plyn
Příklad 7.2.1.1 Injektáž vody jako primární opatření ke snížení emisí NOx z plynových
(spalovacích) turbin
Popis: V zařízení uvedeném jako příklad se vyuţívá injektáţe vody do plynové turbiny o
výkonu 25 MWel., ale lze ji provádět i u mnohem větších turbin. Injektáţ vody se můţe
provádět buď vstřikováním směsi paliva a vody, nebo nástřikem vody dýzami přímo do
spalovací komory.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: sníţené emise, jak ukazuje tab. 7.3. Injektáţí vody
se sníţily emise NOx ze 400 mg/Nm3 asi na 60 mg/Nm
3.
Tab. 7.3: Emise NOx a CO při pouţití injektáţe vody do plynové turbiny /44, Austrian
Ministry of Environment, 2000/
naměřené hodnoty emisí
CO (mg/Nm3) 5-7
NOx (mg/Nm3) 48-57
Pouţitelnost: Injektáţ vody lze pouţít u nových i stávajících plynových turbin.
475
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Injektáţ vody můţe zvýšit mnoţství CO ve
spalinách z turbiny, pro oxidaci CO na CO2 se pouţilo katalyzátoru reakce. Pára nebo voda
vstřikovaná do plynových turbin musí být velmi čistá a proto uplatnění této techniky vyţaduje
pouţít vodu z úpravny o vysoké kvalitě, coţ naopak můţe vyvolat tvorbu odpadní vody, která
vyţaduje zneškodnění.
Provozní údaje: Účinnost plynové turbiny je 36 %. Injektáţ vody nebo páry ke sníţení NOx
se můţe provádět pouze do určité míry. Je-li objemový průtok injektované páry do hořáku
příliš vysoký (obvykle výrobce plynové turbiny stanoví mez pro poměr objemového průtoku
páry ku objemovému průtoku topného plynu = 1,2), odpovídají tomu i dopady na kompresor.
Ekonomika:
Motivace pro zavedení: nízké emise NOx
Odkaz na literaturu: / 44, Austrian Ministry of Environment, 2000/; /32, Rentz a kolektiv,
1999; /182, OSEC, 1999/.
Příklad 7.2.1.2 Plynová turbina vybavená spalovací komorou s technologií DLN
Popis: Plynová turbina se provozuje v Rakousku jako součást zařízení pro centralizované
zásobování teplem. Plynová turbina má výkon 40 MWel a je ke sníţení tvorby NOx vybavena
spalovací komorou s nízkoemisní technologií DLN. Základní charakteristikou nízkoemisního
spalovacího zařízení DLN je, ţe se smíchá vzduch s palivem a spalování se provádí ve dvou
postupných krocích. Vytvořením směsi spalovacího vzduchu a paliva před spalováním se
můţe dosáhnout homogenního rozdělení teplot a niţší teploty plamene, coţ vede k niţším
emisím NOx.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: nízké úrovně emisí NOx a CO.
Pouţitelnost: Technologie DLN je k dispozici pro nové plynové turbiny a můţe se s ní také
dovybavit velký počet stávajících typů plynových turbin.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: ţádný
Provozní údaje: NOx a CO se měří kontinuálně. Naměřené údaje se přenášejí on-line
příslušnému kontrolnímu úřadu.
Tab. 7.4: Naměřené koncentrace emisí u plynové turbiny se spalovací komorou DLN.
naměřené emise jako půlhodinové průměrné
hodnoty při 15 % O2 (mg/Nm3)
poznámky
NOx 33 nízkoemisní hořák DLN
kontinuální měření
CO 35 kontinuální měření
prach < 1 stanoveno výpočtem
NH3 < 2 jednorázové měření
476
Ekonomika: Náklady na spalovací komory DLN, které se mají instalovat se mohou velmi
značně lišit u turbin stejné velikosti, které nabízejí různí výrobci. Jako příklad lze uvést
přídavné náklady na nízkoemisní spalovací komoru DLN pro novou turbinu od výrobce A
(5,2 MW), které byly asi 180 000 EUR, zatímco přídavné náklady na podobnou spalovací
komoru DLN od výrobce B (5,1 MW) byly 20 000 EUR. Rozdílnost nákladů souvisí s
výkonovou schopností, sloţitostí projektu a s aspekty spolehlivosti a údrţby. Investiční
náklady na dovybavení se mohou odhadovat na 20 – 40 EUR/kWel..
Můţe se předpokládat, ţe spalovací komory DLN nejsou dnes draţší neţ dřívější typy
konvenčních spalovacích zařízení. Proto se pro nová zařízení mohou přídavné náklady na
spalovací komoru DLN povaţovat za zanedbatelné.
Motivace pro zavedení: Nízké hladiny emisí NOx a CO.
Odkaz na literaturu: /32, Rentz a kolektiv, 1999/; /44, Austrian Ministry of Environment,
2000/; /182, OSEC, 1999/
Příklad 7.2.1.3 Systémy selektivní katalytické redukce použité u plynových turbin
v kombinaci se spalinovými kotli
Popis: Proces selektivní katalytické redukce je široce uplatňovaným pochodem ke sníţení
oxidů dusíku ve výstupních plynech z velkých spalovacích zařízení (podrobnější informace
viz kapitola 3). Vyuţívá se v řadě zemí, jako je USA, Japonsko a zvláště v Evropě, zejména v
Rakousku, Francii, Německu a Nizozemí. V Itálii se SCR také vyuţívá, ale pouze u jedné
plynové turbiny, která nepouţívá komerční palivo. Další vyuţití se plánuje v Dánsku .
V USA ( zejména v Kalifornii, jak se dále uvádí) se selektivní katalytická redukce vyskytuje u
plynových turbin v kogeneračních jednotkách. Asi 85 % z odhadovaných 300 vybavených
jednotek má výkon mezi 20 a 80 MWth. Určité jednotky se pohybují svým výkonem
v rozmezí 3 – 10 MWth /32, Rentz a kolektiv, 1999/.
Příklady:
V případě A bylo v Kalifornii, USA, vydáno povolení, ve kterém se specifikovala turbina
s jednoduchým cyklem s limitem 5 ppmvd NOx (cca 10 mg/Nm3) při 15 % O2 jako průměr
za 3 hodiny s únikem čpavku omezeným na 20 ppmvd při 15 % O2. Rozhodnutí bylo vydáno
pro 42 MW plynovou turbinu s injektáţí vody a SCR. Turbina je v provozu od roku 1995
/183, Calepa, 1999/.
V dalším případě ( příklad B) bylo vydáno povolení v Kalifornii, USA pro plynovou turbinu
s kombinovaným cyklem s limitem 2,5 ppmvd NOx (asi 5 mg NOx/Nm3) při 15 % O2 jako
průměr za 1 hod při úniku čpavku omezeném na 10 ppmvd při 15 % O2. Rozhodnutí se
vydalo pro plynovou turbinu o jmenovitém výkonu 170 MW s nízkoemisní spalovací
komorou DLN a SCR /183, Calepa, 1999/.
Ve třetím případě (případ C), byla v provozu plynová turbina s kombinovaným cyklem při
limitu 3 ppmvd NOx (asi 6 mg/Nm3) při 15 % O2 jako průměr za 3 hodiny s únikem čpavku
omezeným na 10 ppmvd při 15 % O2. Tato úroveň emisí byla dosaţena u 102 MW plynové
turbiny s kombinovaným cyklem, rovněţ v Kalifornii, USA. Plynová turbina je vybavena
spalováním DLN a SCR. Jednotka se provozuje od října roku 1997 /183, Calepa, 1999/.
477
V současné době existuje další hlavní kombinovaný cyklus a elektrárna s kogenerací elektřiny
a tepla, projekty které procházejí procesem projednání Energetické komise Kalifornie (CEC)
s limitem 2,5 ppmvd NOx (asi 5 mg NOx/Nm3 ) při 15 % O2 jako průměr za 1 hod.).
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí:
Tab. 7.5: Emise NOx naměřené za pouţití selektivní katalytické redukce u plynové turbiny
parametry hodnota poznámky
koncentrace NOx v čistých spalinách 5-42 mg/Nm3 referenční O2= 15 %
sníţení NOx 60-85 (95 ) %
molární poměr NH3/NOx 0,9-1,6
Pouţitelnost: Systémy selektivní katalytické redukce se mohou pouţít u nových zařízení, ale
mohou se jimi také dovybavit stávající zařízení, pokud se s tím počítá ve stádiu projektu.
Ţivotnost systému SCR obvykle převyšuje 5 – 8 let bez regenerace nebo náhrad.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Jako aditivum se pouţívá čpavek. To můţe
způsobit, ţe určité mnoţství čpavku emituje do atmosféry.
Provozní údaje:
Tab. 7.6: Provozní údaje z pouţití systému selektivní katalytické redukce u plynové turbiny
parametry hodnota poznámky
provozní teplota oC 170 – 510 podstatou katalyzátoru jsou oxidy
(V,Ti) dále Ti, Si nebo W
315 – 510 Zeolitové katalyzátory (na bázi
ušlechtilých kovů)
tlaková ztráta při průchodu
katalyzátorem (105 Pa)
0,0047-0,015
Ekonomika:
Tab. 7.7: Sloţky nákladů na systém selektivní katalytické redukce u plynových turbin
náklady procentuelní podíl na celkových investicích
zařízení:
hala s reaktorem
dodávka čpavku (skladování, systémy
odpařování a injektáţe)
kouřovody
monitoring a regulační zařízení
elektrotechnická zařízení
izolace, nátěry atd.
30 %
stavba a uvedení do provozu 30 %
projekty, povolení, mimořádné okolnosti 10 %
první náplň katalyzátoru 30%
celkové investice na jednotku SCR 100 %
478
Tab. 7.8: Nákladové poloţky systému selektivní katalytické redukce u plynových turbin
typ katalyzátoru selektivní katalytická redukce SCR po rekonstrukci s DLN
nová jednotka rekonstruovaná
poţadavky na objem katalyzátoru ( m3/MWel)
vysokoteplotní 3 – 4 4 – 5 3
nízkoteplotní 1,5 – 2 2 – 2,5 1,5
cena katalyzátoru (EUR /m3)
vysokoteplotní 12 000 12 000 12 000
nízkoteplotní 24 000 24 000 24 000
Pokud jde o provozní náklady, zahrnují vyvolané náklady na spotřebu čpavku, páry,
elektřiny, výměnu katalyzátoru, údrţbu a opravy, pojištění a daně, a moţný personál, správu a
náklady na zneškodnění katalyzátoru.
Pokroky v technologii SCR v minulých několika letech způsobily 20 % sníţení mnoţství
katalyzátoru, kterého je zapotřebí k dosaţení dané cílové hodnoty NOx. Kromě toho, rostoucí
zkušenosti získané při projektování a zařízení jednotek SCR sníţily náklady na techniku.
Tyto dva faktory podstatně sníţily náklady na SCR. Provozní náklady se sníţily také vlivem
inovací, jako je vyuţití horkých spalin k předehřevu vzduchu pro nástřik čpavku, coţ sniţuje
u injektáţe čpavku potřebu elektřiny /183, Calepa, 1999/; /182, OSEC, 1999/
Motivace pro zavedení: sníţení emisí NOx
Odkaz na literaturu: /32, Rentz a kolektiv, 1999/; / 57, Austrian Ministry of Environment,
2000/; /183 Calepa, 1999/.
Příklad 7.2.1.4 Systémy SCR použité u zařízení s plynovým motorem
Popis: Proces SCR je hojně vyuţívaným procesem ke sniţování oxidů dusíku ve výstupních
plynech z velkých spalovacích zařízení. SCR se také vyuţívá u zařízení s plynovým motorem.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: nízké emise NOx
Provozní údaje: Tabulka 7.9 dále podává seznam hlavních provozních parametrů zařízení
s motorem na plyn:
Tab. 7.9: Úroveň emisí dvou elektráren se spalovacím motorem, vybavených SCR závod A závod B
místo USA USA
rok uvedení do provozu 2002 2001
typ zařízení výroba elektřiny výroba elektřiny
palivo zemní plyn zemní plyn
technika spalování 20 plynových motorů 5 plynových motorů
výkon 111 MW 14 MW
sekundární opatření SCR-reakční činidlo:
vodný roztok močoviny
SCR-reakční činidlo:
vodný roztok močoviny
NOx bez SCR (mg/Nm3) 159 187
NOx s SCR a čerstvým
katalyzátorem při 15 % O2 (mg/Nm3)
5 13
podíl sníţení NOx za SCR 97 % 93 %
únik čpavku při 15 % O2 (mg/Nm3) 2 – 6 < 2
479
Pouţitelnost: Systémy SCR se mohou pouţít na nová zařízení, ale také se jimi mohou doplnit
zařízení stávající
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Jako aditivum se pouţívá močovina, ale to
můţe způsobit, ţe určité mnoţství čpavku emituje do atmosféry. Katalyzátor se musí
regenerovat.
Motivace pro zavedení: Sníţení emisí NOx. O selektivní katalytické redukci se ale uvaţuje
hlavně tam, kde místní normy kvality ovzduší poţadují velké sníţení emisí NOx nebo ozonu,
protoţe provoz se uskutečňuje v hustě obydleném území nebo doplňuje průmyslovou zónu
několika průmyslových oborů nebo přispívá k mobilním zdrojům.
Odkaz na literaturu: /78, Finkeldei, 2000/; /184, Krishnan, 2002/
Příklad 7.2.1.5 Injektáž u Chengova cyklu ke snížení NOx za současného zvýšení účinnosti
Popis: Injektáţ páry u Chengova cyklu poskytuje řešení, které je ke sníţení NOx vhodnější
technikou neţ konvenční nástřik páry. Technika injektáţe páry v Chengově cyklu poskytuje
jedinečné promísení plynného paliva a páry tak, ţe se NOx mohou sníţit aţ o 95 % zároveň
s nevýrazným nárůstem emisí CO.
Tepelná účinnost procesu se v případě výroby páry v samostatném kotli sníţila. Ale
energetický výkon turbiny se zvyšuje aţ na 60 %, při dosaţeném průměru 50 %. Kdyţ se
pouţijí k výrobě páry spalinové kotle, tepelná účinnost vzroste. Pára pro tři turbiny se vyrobí
z jednoho přistaveného spalinového kotle pro přívod výstupních plynů z plynové turbiny. To
zlevňuje montáţ zařízení a sniţuje časové nároky. Chengův cyklus nástřiku páry vyţaduje
stejnou čistotu vody jako konvenční parní injektáţ.
Obr. 7.16: Nákres principu Chengova cyklu s nástřikem páry
Kdyţ dosáhne pára stejného tlaku a teploty jako mají spaliny ve spalovací komoře, bude
zvýšení energetického výkonu větší neţ při kombinovaném cyklu.
480
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí:
sníţení NOx ( aţ o 95 %)
ţádná nevýhoda, která by spočívala ve zvýšení CO vlivem injektáţe páry
je moţný vyšší poměr páry k palivu neţ u jiných technologií injektáţe páry
zvýšení tepelné účinnosti aţ na 45 %, coţ sniţuje emise CO2 na vyrobenou kWh
Obr. 7.17: Emise NOx a CO jako funkce podílu páry
Tab. 7.10 Dosaţené emise NOx a tepelná účinnost u konvenčních spalovacích komor turbin
s upravenou palivovou dýzou
poměr : pára/palivo dosaţená výše NOx (ppm) tepelná účinnost
0 standardní uspořádání 34,5
1,5 25 39
3 7 44
Pouţitelnost: Chengův cyklus injektáţe páry se vyuţil asi u stovky zařízení v Japonsku, USA
a v Evropě. Technologie se obecně můţe uplatnit na všechny turbiny spalující plyn
s konvenčním způsobem spalování ( technologie difusního plamene).
Nutné úpravy a zařízení se uvádějí následovně:
záměna dýz pro nástřik paliva
úprava řídícího systému plynové turbiny
redukce jednoho výstupního kanálu a zabudování kotle (spalinového)
potrubí pro páru ze spalinového kotle do soustavy generátor/kompresor u plynové turbiny
produkce vody buď reversní osmózou nebo vakuovou destilací
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Oproti ostatním koncepcím parní injektáţe
charakterizuje Chengův cyklus také unikátní řídící systém, který umoţňuje maximální
tepelnou účinnost elektrárny se sledováním změn zatíţení. Toho by se mělo značně vyuţívat u
plovoucích zařízení, kde není zatíţení turbiny konstantní.
481
Provozní údaje: Chengův cyklus injektáţe páry lze pouţít na všechna provozní zatíţení. Je-
li potřeba, můţe se injektáţ páry jednoduše během provozu přerušit. Účinkem vypojení
injektáţe bude pouze vyšší podíl emisí NOx a větší spotřeba paliva proto, aby se udrţel
stanovený výkon.
Ekonomika: Příklad kalkulace:
jmenovitý výkon: 3 x 22 MW jednotlivých výkonů, tj. 66 MW celkem
jeden spalinový kotel namontovaný do vedení spalin jedné plynové turbiny vyrábí páru
pro tři turbiny
poměr páry k palivu je 2,5
sníţení NOx < 10 ppm
na plovoucí plošině je třeba počítat s přídavnými náklady na pomocné vybavení k zařízení
Tab. 7.11: Náklady a váha u Chengova cyklu injektáţe páry u soupravy GE LM 2500
náklady (mil. NOK) váha (t)
přebudování plynové turbiny 30 cca 1
spalinový kotel 10 30
odsolovací zařízení k produkci vody 6 16
NOK= norská koruna
Motivace pro zavedení:
rekonstrukce na Chengův cyklus je moţná u všech plynových turbin s konvenční
technologií spalování (spalovací komora s difuzním plamenem)
k úpravě soupravy plynové turbiny je potřeba jen malého prostoru. Proto lze dosáhnout u
zařízení na plovoucích plošinách, které nemají turbiny upravené na DLE/DLN niţších
emisí neţ u DLE/DLN
při rekonstrukci jsou náklady na údrţbu niţší neţ u systémů DLE/DLN
konvenční spalovací systémy s Chengovou injektáţí páry jsou dostupnější neţ systémy
DLE/DLN. Tedy se dá více uplatnit na soupravy plynových kompresorů
emise jsou niţší neţ u systémů DLE/DLN, aniţ by se příliš zvýšil CO a nespálené
uhlovodíky
mnohá zařízení na plovoucích plošinách mají jiţ na palubě namontován spalinový kotel,
coţ sniţuje poţadavky na úpravu a sniţuje investiční náklady
zvýšený elektrický výkon nebo sníţená spotřeba paliva
Odkaz na literaturu: /196, ASME/; /197, ASME/; /198, ASME/; /199, Cheng, 1997/
Příklad 7.2.1.6 Technologie katalytického řízení znečištění při snižování CO a NOx
z kombinovaného cyklu u plynových turbin
Popis: Jako příklad uvedená technologie pouţívá jednoho katalyzátoru, který se provozuje ve
dvou cyklech; oxidace/absorpce a regenerace. Katalyzátor pracuje při současné oxidaci CO na
CO2, NO na NO2 a potom na svůj povrch za pouţití K2CO3, jakoţto obalu absorpčního
činidla, adsorbuje NO2.
482
Regenerace katalyzátoru nastává při průchodu regulované směsi regeneračních plynů
povrchem katalyzátoru bez přítomnosti kyslíku. Regeneračními plyny jsou pára, vodík a oxid
uhličitý. Nepouţívá se ţádného čpavku a můţe se provozovat efektivně při teplotách
v rozmezí od 150 – 370 oC.
Obr. 7.18: Schematické znázornění systému katalyzátoru /26, ABB, 2000/
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: technologie kombinovaného cyklu s plynovými
turbinami se můţe provozovat s velmi nízkými hladinami emisí NOx. Zároveň se v systému
sniţují emise CO a nemetanové těkavé organické sloučeniny. Ve spojení s katalyzátorem
odstraňujícím síru se tohoto systému můţe také pouţít ke sníţení sloučenin síry z výstupního
plynu.
Pouţitelnost: Lze pouţít jak u nových, tak rekonstruovaných stávajících zařízení. Takovou
jednotku lze zabudovat na zadním konci kotle nebo u spalinového kotle uvnitř prostoru pláště
ponechaného pro systém SCR.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Systém emituje do komína CO2, H2O, N2 a
stopy SO2. Následkem zaslepování a kontaminace katalyzátoru (katalytickými jedy) je třeba
kaţdoročně katalyzátor čistit destilovanou vodou a roztokem uhličitanu draselného.
Vyčerpané čistící kapaliny se mohou neutralizovat a zneškodňovat vypouštěním do systému
kanalizace a jsou neškodné pro vodu i půdu.
Provozní údaje:
emise NOx jsou <2 ppm (4 mg/Nm3 jako NO2 za standardních podmínek O
oC;1013 mbar)
podíl konverze CO na CO2 je 90 %
rozrušení nemetanových těkavých organických sloučenin je vyšší neţ 90 % při 315 oC)
při 150 oC se naměřil 97 % rozklad formaldehydu a 94 % rozklad acetaldehydu
483
Ekonomika: Uváděné odhadované nákladové poloţky se vztahují k běţné velikosti 400 MW
elektrárny na plyn. Odhadované nákladové poloţky uvedené dále se zakládají na 8000
ročních provozních hodinách a sníţení NOx z 25 ppm na 5 ppm (z 50 na 10 mg/Nm3 jako
NO2 za standardních podmínek OoC; 1013 mbarů), coţ se přibliţně rovná 666 t (metrickým)
ročně odstraněných NOx. Do poloţek jsou zahrnuty i investiční náklady, náklady na provoz a
údrţbu a nepřímé roční náklady.
Investiční náklady: 19,2 mil. EUR
To zahrnuje : - vybavení závodu
- dodávku
- montáţ
- uvedení do provozu /najetí
Toto jsou celkové náklady od dodavatele
Náklady na provoz a údrţbu : 1,6 mil. EUR
To zahrnuje: - všeobecnou údrţbu
- spotřebu páry a zemního plynu v cyklu regenerace
- tlakovou ztrátu jednotky (převedenou do spotřeby
elektřiny)
- průměrné náklady/rok na výměnu katalyzátoru
( ţivotnost katalyzátoru je 7 let)
- zneškodnění katalyzátoru/úhrada
Přídavné nepřímé roční náklady na smluvní partnery nejsou zahrnuty.
Sníţení NOx z 25 ppm na 2 ppm (z 50 mg na 4 mg/Nm3
jako NO2 při standardních
podmínkách 0 oC; 1013 mbarů) přispěje ke zvýšení investičních nákladů, protoţe je třeba
další katalyzátor. Tím se také poněkud zvýší náklady na provoz a údrţbu vlivem zvýšené
spotřeby zemního plynu a páry a zvýšené tlakové ztráty.
Motivace pro zavedení: Poţadavky na splnění velmi nízkých emisí NOx a stanovených
limitů pro čpavek při vyuţívání zařízení ke sníţení znečištění ovzduší za pouţití čpavku
hlavně u zařízení, která se vyskytují v hustě zabydlených oblastech.
Odkaz na literaturu: /26, ABB, 2000/
7.2.2 Zlepšení dopadu stávajících velkých spalovacích zařízení na plyn na ţivotní
prostředí
Příklad 7.2.2.1 Elektrárna s kombinovaným cyklem výroby tepla a elektřiny s rekonstrukcí
spalovacích komor
Popis: Příkladem je zařízení, které bylo uvedeno do provozu v roce 1994 a skládá se ze dvou
plynových turbin (2x 67,8 MWel.) se dvěma kotli na odpadní teplo (2x 26,5 MWtep.) s
přitápěním a jedné parní turbiny (48,8 MWel.). Standardním palivem je zemní plyn. Jako
pomocné palivo se pouţívá lehký topný olej. Spalovací komory plynových turbin byly v roce
1997 zrekonstruovány za účelem sníţení emisí NOx. Sníţení NOx při provozu s topným
olejem se uskutečňuje injektáţí demineralizované vody.
484
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Pomocí nízkoemisní technologie se dosahují podle
velikosti zařízení srovnatelně nízké hladiny emisí. Opatření k vyuţití odpadního tepla vedou
k celkově vysoké energetické účinnosti a tak se minimalizuje spotřeba přírodních zdrojů a
následně i emise CO2.
Pouţitelnost: Stávající kotle ve starém závodě by se mohly přeměnit na kotle odpadního
tepla (spalinové kotle). Obecně se mohou modernizační opatření tohoto druhu uplatnit i u
stávajících zařízení.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Primární opatření ke sníţení neponechávají
ţádné odpady. Úprava odebírané vody produkuje kal.
Provozní údaje: V roce 1999 se vyrobilo 530 GWh elektřiny a 585 GWh tepla pro centrální
zásobování teplem. Závod byl v provozu 4456 hodin. Roční střední hodnota čisté elektrické
účinnosti činila 39,5 % a 83,1 % byla celková energetická účinnost (netto). Průtokový objem
výstupního plynu vystoupil aţ na 2 x 526 000 m3/hod při 14,5 % obsahu O2. Tabulka 7.12
ukazuje emise do atmosféry v roce 1999.
Tab. 7.12: Emise do ovzduší naměřené v roce 1999
monitoring měsíční střední hodnoty 1)
( při 15 % O2)
měrné emise
(kg/TJ paliva)
NOx (mg/Nm3) kontinuální 60 46,7
CO (mg/Nm3) kontinuální 6 3,6
1) ekvivalentní průměrné roční hodnoty při jmenovitém zatíţení
V roce 1999 se spálilo 132 mil. Nm3 zemního plynu (ekvivalentních 43,9 MJ/kWhel.) a 181
m3 lehkého topného oleje.
Odpadní vody ze závodu pocházejí z úpravy napájecí vody a kondenzátu a z úpravy vody pro
centrální rozvody tepla (8575 m3/rok). Hlavním zdrojem je regenerace ionexů. Odpadní voda
z tohoto procesu se vypouští aţ po neutralizaci. Pravidelně se monitorují pouze AOX. Střední
koncentrace je 0,097 mg/l. Recyklovalo se nějakých 2,9 t oleje a materiálů kontaminovaných
olejem a 1,6 t odfiltrovaného materiálu se zneškodnilo.
Protoţe je v sousedství vzdáleném pouze 110 aţ 300 m od jednotlivých částí závodu obydlená
oblast, uskutečnila se rozsáhlá opatření k omezení hluku. To zahrnuje akustickou izolaci kotlů
a kouřovodů, tlumiče hluku a oplášťování hlučných komponent zařízení.
Motivace pro zavedení: Elektrárna s výrobou elektřiny a tepla je součástí komunální
energetické koncepce, která se zaměřuje na poskytování dodávky tepla v dlouhodobém
horizontu za úsporné ceny. Proto by se měla výroba tepla co nejvíce kombinovat s výrobou
elektřiny. U zařízení je horní hranice výroby elektřiny dána potřebou tepla a moţnostmi trhu
s elektřinou.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/.
485
7.2.3 Působení nových spalovacích zařízení na plyn na ţivotní prostředí
Příklad 7.2.3.1 Závod s kombinovaným (paroplynovým) cyklem výroby elektřiny a tepla
s pomocnými hořáky a se spalováním plynu a topného oleje
Popis: Elektrárna s kombinovaným cyklem výroby elektřiny a tepla uvedená v roce 1995 do
provozu v Německu má celkový jmenovitý tepelný příkon 640 MWth. Tvoří ji tři plynové
(spalovací) turbiny s třemi zařazenými spalinovými kotli včetně pomocného spalování, jeden
kotel a dvě parní turbiny. Kotel slouţí při provozu se špičkovým zatíţením a při zabezpečení
zvýšených dodávek. Provoz celého závodu je optimalizován pokrytím potřeby tepla.
Kaţdá z plynových turbin má jmenovitý tepelný příkon 135 MWtep. a konečný jmenovitý
výkon 35,5 MWel. Kaţdý ze spalinových kotlů má jmenovitý tepelný příkon 49 MWtep..
Pára se zavádí do turbin a vyuţívá se k centrálnímu rozvodu tepla získaného z protitlakých
výměníků a dalších výměníků tepla, tak zvaných špičkových výměníků. Pára se také zavádí
do sítě provozní páry. Elektrická účinnost v roce 1998 byla 40,2 % a celková účinnost pak
59,7 %.
Primární opatření ke sníţení emisí NOx: Ke sníţení NOx byl zabudován přídavný systém
injektáţe páry. Regulační systém injektuje páru do spalovací komory s objemovým průtokem
úměrným spotřebě zemního plynu. To zvyšuje výkon a účinnost turbiny. Kromě toho se sníţí
o 30 % emise NOx.
Další opatření: K odstranění olejových par, ke kterým dochází během přivádění mazacího
oleje z nádrţí, jsou zabudovány elektrostatické odlučovače (účinnost odloučení = 92 %)
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: niţší hladiny emisí NOx, SO2 a prachu.
Pouţitelnost: Závod se rekonstruoval ze starého kogeneračního závodu na hnědé uhlí a těţký
topný olej. Jeden kotel starého závodu se začlenil do projektu nového závodu a modernizoval
se jak na spalování zemního plynu, tak lehkého topného oleje.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: není znám
Provozní údaje: V roce 1998 se vyrobilo celkem 1046 GWh elektřiny a 517 GWh tepla pro
centrální zásobování teplem. Závod byl v provozu 6538 hodin, coţ odpovídá 4885 hodinám
plného zatíţení. Hodnoty emisních limitů celého závodu závisejí na poměru mezi tepelným
příkonem z pomocného spalování a tepelným příkonem plynové turbiny. Protoţe se hodnoty
emisních limitů pro jednotlivé jednotky, pokud jde o obsah O2, také liší, musí se obsah O2
pro dvojí provoz rovněţ přepočítat podle zváţení poměrného podílu na tepelném příkonu.
Následující tabulky uvádějí tři stavy provozu a naměřené emise.
Tab. 7.13: Reţimy provozu plynové turbiny a pomocného spalování
reţim
provozu
jmenovitý tepelný
příkon plynové turbiny
(MW)
jmenovitý tepelný
příkon pomocného
spalování (MW)
objemový průtok
výstupního plynu
(Nm3/hod)
vztaţeno na
obsah kyslíku
(%)
I 123 35,6 375 000 13,3
II 119 8,5 360 000 14,5
III 122 0 375 000 15,0
486
Tab. 7.14: Naměřené emise do atmosféry v roce 1998
znečišťující
látka
reţim
provozu
monitoring denní střední
hodnota (mg/Nm3)
měrné emise
(kg /příkon v TJ )
NOx I kontinuální 73 56,16
NOx II kontinuální 73 53,91
NOx III kontinuální 82 63,13
CO I kontinuální 60 46,12
CO II kontinuální 27 19,88
CO III kontinuální 9 6,97
V roce 1998 se spálilo 102,63 mil. Nm3 zemního plynu a 123 t topného oleje. Spotřebu
důleţitých pomocných surovin ukazuje následující tabulka 7.15.
Tab. 7.15: Spotřeba důleţitých dodávek pomocných surovin v roce 1999
pomocný
materiál
oleje HCl (33%) NaOH (50%) Ca(OH)2 FeCl3
pouţití turbiny/
hydraulické
systémy
úprava vstupní vody / příprava roztoků/ úprava odpadní
vody
spotřeba (t) 1,4 169 77 23 7,4
měrná spotřeba
(g/MWhel)
3,4 410,5 187 55,9 18
Pouţívá se systému úplného změkčení vody do kotle. Pokud se pouţije povrchové vody, také
se oduhličuje. Závod se provozuje se samostatnými systémy kanalizace. Jeden z nich je pro
místní splaškové vody, druhý pro dešťovou vodu a vodu z kotle, chladící systém, odlučovače
oleje a usazovací nádrţe. Tato odpadní voda se vypouští do toku povrchové vody. V roce
1998 se vypustilo 251 180 m3 chladící vody a 45 182 m
3 odpadní vody z procesu výroby.
Ekonomika: Celkové investice do závodu činily v roce 1998 118 mil. EUR. Celkové
provozní náklady byly v tomtéţ roce 56,1 mil. EUR.
Motivace pro zavedení: Zavedení přísnějších hodnot emisních limitů znamenalo, ţe je nutno
stávající závod pro výrobu elektřiny a tepla, který spaluje hnědé uhlí a těţký topný olej,
modernizovat. Zároveň bylo třeba prodlouţit ţivotnost závodu a zvýšit ekonomickou
výkonnost. Z těchto důvodů se postavil kombinovaný cyklus výroby elektřiny a tepla.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
487
Příklad 7.2.3.2 Závod s kombinovaným cyklem výroby tepla a elektřiny na plyn bez
pomocného spalování (přitápění ve spalinovém kotli)
Popis: Elektrárna uvedená jako příklad byla postavena v Německu mezi lety 1994 a 1996 o
celkovém elektrickém výkonu 380 MWel a tepelném výkonu 340 MWth pro centrální
zásobování teplem (ve stavu projektu). Obsahuje dvě plynové turbiny (tj. GT 1 a GT 2), dva
spalinové kotle a tři výměníky tepla pro dálkové vytápění.
Kaţdá plynová turbina je vybavena 21 - stupňovým kompresorem a 72 hořáky v uzavřené
prstencové spalovací komoře a vykazuje maximální elektrický výkon 185 MWel..
Standardním palivem je zemní plyn. Jako záloţní palivo se pouţívá lehkého topného oleje.
Spalinové kotle (válcové kotle na dvojí tlak) vyrábějí páru o vysokém a nízkém tlaku (77 barů
/ 525 oC a 5,3 barů / 203
oC). Parní turbina (protitlaká turbina se provozuje s klouzavým
tlakem a vyrábí aţ 108 MWel.
Opatření k optimalizaci účinnosti: Aby plynové turbiny dosáhly vysoké účinnosti, pracují
s kompresním poměrem 15:1. Teplota plynu turbiny dosahuje aţ 1100 oC. Celé zařízení
dosahuje hrubé elektrické účinnosti 47,4% (v době návrhu). Protoţe provoz zařízení se
optimalizoval, aby pokryl potřebu tepla, provozuje se často při částečném zatíţení. Projekt
se dvěma turbinami nabízí v těchto případech značnou flexibilitu. Se dvěma turbinami
v provozu se můţe dosáhnout vysoké účinnosti při zatíţení mezi 60 a 100 %. S jedinou
plynovou turbinou se tato účinnost dosahuje při zatíţení mezi 30 a 50 %. Při minimálním
zatíţení klesá účinnost plynové turbiny oproti plně zatíţenému provozu o 8 %.
Vyuţití tepla se optimalizuje pomocí:
regulovaného vyuţití tepla výstupních spalin
předehřevem spalovacího vzduchu plynové turbiny při částečném zatíţení
vyuţitím odpadního tepla z transformátoru
Tato opatření umoţňují dosáhnout celkovou energetickou účinnost téměř 90 %. Účinnosti
celého závodu se uvádějí v tab. 7.16.
Tab. 7.16 Účinnosti elektrárny s kombinovaným cyklem bez pomocného spalování
hrubá účinnost vztaţená na
projektovanou hodnotu střední hodnotu roku 1999
elektrická účinnost
kombinované výroby
elektřiny a tepla
47,4 % 44,8 %
elektrická účinnost pouze při
výrobě elektřiny
52,6 % 49,6 %
celková energetická účinnost 89,2 % 85,9 %
Primární opatření ke sníţení emisí NOx: Spalovací komora prstencového typu je u plynových
turbin vybavena 72 nízkoemisními hořáky. Sníţení NOx při provozu s topným olejem lze
dosáhnout injektáţí demineralizované vody. Spalovací vzduch se můţe předehřát jak pro
účely sníţení emisí, tak pro případ částečně zatíţeného provozu, nebo ke zmenšení nebezpečí
zamrznutí. Tato opatření umoţňují sníţit při spalování zemního plynu emise NOx < 100
mg/Nm3 a při pouţití topného oleje < 150 mg/Nm
3.
488
Opatření ke sníţení emisí hluku: Protoţe je obydlená oblast pouhých 16 m vzdálená od stěny
budovy, musí se dosáhnout velmi nízkých hodnot daných emisních limitů pro hluk.
V obydlené oblasti se můţe splnit hladina tlaku zvuku 45 dB (A) pocházejícího z elektrárny
uplatněním následujících jednotlivých opatření:
odpovídajícím obloţením průčelí a krytinou střechy
visutými protihlukovými bariérami a odizolováním vstupního otvoru pro spalovací
vzduch
zvukotěsným potrubím
akustickými tlumiči vedení spalovacího vzduchu a spalin
komínem s dvojitými stěnami
projektem „tichých“ bezpečnostních ventilů a krytem sacích ventilátorů
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Technika nízkých emisí NOx odpovídá za dosaţení
nízkých emisí úměrně k velikosti zařízení. Opatření k vyuţití odpadního tepla vede také
k vyšší celkové energetické účinnosti a tedy k minimalizaci spotřeby zdrojů a tím i emisí CO2.
Pouţitelnost: Závod byl vyprojektován pro krytí vysoké potřeby tepla. To je hlavní důvod
pro skutečné provozování zařízení téhoţ uspořádání. Na druhou stranu se mohou jednotlivé
komponenty zařízení, vykazující samy o sobě nízké emise, zapojovat také do různých
projektů elektráren
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Primární opatření ke sníţení emisí
nevytvářejí ţádné odpady. Chladící voda a odpadní voda vytékající z provozu závodu se na
místě upravují. Tvoří se tak odpady z čistírny a kaly.
Provozní údaje: V roce 1999 bylo vyrobeno celkových 1182,2 GWhel a 1083,5 GWh tepla
pro centrální zásobování teplem. Potřebu tepla pro tepelné rozvody pokrylo 3070 hodin
plného zatíţení. Průtokový objem výstupních plynů je 1 450 000 m3/hod při jmenovitém
tepelném příkonu 470 MW. Tab. 7.17 ukazuje emise do ovzduší v roce 1999.
Tab. 7.17: Naměřené emise do ovzduší v roce 1999
monitoring denní střední
hodnoty při 15 % O2
měrné emise
(kg/příkon v TJ)
Spalování zemního plynu GT 1 GT 2 GT 1 GT 2
NOx (mg/Nm3) kontinuální 76,0 65,7 62,65 55,31
CO (mg/Nm3) kontinuální 6,7 11,3 5,58 9,48
Spalování topného oleje GT 1 GT 2 GT 1 GT 2
NOx (mg/Nm3) kontinuální 79,6 131,4 101,88 112,29
CO (mg/Nm3) kontinuální 19,1 13,6 24,44 11,46
GT= plynová (spalovací) turbina
V roce 1999 se spálilo 249,616 mil. Nm3 zemního plynu a 9463 m
3 lehkého topného oleje.
Spotřebu důleţitých pomocných surovin ukazuje tab. 7.18.
489
Tab. 7.18: Spotřeba důleţitých dodávek pomocných surovin v roce 1999
pomocný materiál oleje HCl
(33%)
NaOH
(50%)
NaCl-
solanka
NH4OH
pouţití turbiny/
hydraulické systémy
úprava odpadní vody/ úprava napájecí vody
spotřeba 1735 litrů 72 t 40 t 58 t 300 litrů
měrná spotřeba
(g/MWhel)
1,5 61 34 49 0,25
Jeden proud odpadní vody pochází z úpravy napájecí vody a kondenzátu (12 000 m3/rok). Po
sedimentaci se tato voda vypouští do systému městské kanalizace. Další odpadní voda
vychází z odkalení kotle, odčerpání celého systému a z kondenzátů (11 014 m3/hod). Tato
odpadní voda se zavádí po ochlazení přímo do městské kanalizace. Odpadní voda
z regenerace ionexů (pryskyřice určené k výměně iontů) se pravidelně reguluje s ohledem na
koncentraci absorbovatelných organických halogenů (AOX). Průměrná hodnota koncentrace
AOX byla během posledních 5 let 0,053 mg/l.
Ekonomika: Celkové investice na nový závod a odstranění staré elektrárny na uhlí v roce
1997 činily 327 mil. EUR. Podrobné informace o rozdělení nákladů nejsou k dispozici.
Motivace pro zavedení: Dřívější jednotka výroby elektřiny a tepla na tomto místě by v roce
1996 nemohla dosáhnout niţších hodnot emisních limitů. Také by se uţ nemohla provozovat
ekonomicky racionálním způsobem. Nový závod nabízel vyšší účinnosti a sníţenou potřebu
pracovní síly v provozu. Místo jiţ nabízelo úplnou infrastrukturu pro dodávky i likvidaci.
Starý závod se úplně zlikvidoval a postavil se nový, protoţe modernizace starého závodu by
nemohla dosáhnout výkonnosti závodu nového.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/.
Příklad 7.2.3.3 Zařízení s kombinovaným (paroplynovým) cyklem výroby tepla a elektřiny
na zemní plyn bez přitápění určené pro napájení železničních systémů
Popis: Příkladem je energetické zařízení vyrábějící elektřinu s kmitočtem 16,67 Hz pro
zásobování německých ţelezničních systémů elektřinou. Tvoří je dvě plynové turbiny (2x
180 MWtep., 2x 60 MWel.), dva spalinové kotle a jedna parní turbina (57 MWel ). U tohoto
zařízení se poprvé uskutečnilo spojení plynových turbin s generátory o 16,67 Hz. Teplota
horkého plynu uvnitř turbiny je 1280 oC. Plyn má na výstupu z plynové turbiny teplotu 540
oC
při 1,053 baru a ve spalinovém kotli se vyrábí pára o maximální teplotě 530 oC a 62 barech.
Za spalinovým kotlem procházejí spalné plyny přes ekonomizér a nakonec se s teplotou
110oC odvádějí do komína.
Pro kaţdou plynovou turbinu a jednotlivý provoz bez parního cyklu se postavil dodatečný
komín. Pára se zavádí do jednotahové parní turbiny, kde expanduje. Tlak v kondenzátoru
klesá na 0,07 baru. Kotle odpadního tepla produkují ve druhém stupni nízkotlakou páru o
198oC a 4,5 barech. Tato pára se vede rovněţ do parní turbiny. Chladící systém se zpětným
proudem se skládá ze čtyřventilátorového pohonu voštinových chladičů a čerpadla chladící
vody.
490
Zařízení bylo uvedeno do provozu v roce 1994 (plynová turbina (GT) - jednotka 1) a v roce
1995 (GT-jednotka 2). Čistá elektrická účinnost zařízení činí 49,6 % při plném zatíţení a
klesá na 42 % při zatíţení 50 %. Při dalším poklesu zatíţení se jedna plynová turbina vypíná,
coţ má za následek náhlé zvýšení účinnosti na 48 %. Při 25 % zatíţení nakonec účinnost
klesá na 40 %. Od najetí dosáhne plynová turbina plného zatíţení za 26 min. Za 14 min. po
najetí první plynové turbiny můţe najet druhá turbina. Po 40 minutách lze dosáhnout u
jednotlivého provozu plynových turbin 120 MWel.. Najíţdění spalinových kotlů potřebuje 3
aţ 6 hodin. Při provozu s kombinovaným cyklem je maximální rychlost změny zatíţení 20
MW/min.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Konstrukce hybridního hořáku (etapa difuze a
předběţná příprava směsi) ve spojení s přizpůsobenou spalovací komorou zajišťuje nízké
koncentrace NOx. Vysoká čistá elektrická účinnost téměř 50 % umoţňuje účinné vyuţití
přírodních zdrojů.
Pouţitelnost: Celý projekt zařízení se optimalizoval kvůli výrobě elektřiny pro dodávku do
ţelezničního systému. Nicméně jednotlivé sloţky se mohou také začlenit za účelem
optimalizace emisí i do ostatních elektráren.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Napájecí voda do chladící věţe se upravuje
v zařízení pomalého oduhličování. Tvoří se kal, který obsahuje především vápno. Kromě toho
se tvoří odpadní vody a malá mnoţství odpadů.
Provozní údaje: V roce 1999 se vyrobilo 501 GWhel. čisté elektřiny. To odpovídá 2830
hodinám provozu při plném zatíţení. Tabulka 7.19 ukazuje emise do atmosféry z plynových
turbin v roce 1999. Průtokový objem spalin při plném zatíţení byl 2x 500 000 m3/hod.
Tab. 7.19: Naměřené úrovně emisí v roce 1999
znečišťující látka měření naměřené úrovně emisí
(mg/Nm3)
měrné emise
(kg/TJ příkonu)
prach
NOx kontinuální 41,6 32
CO kontinuální 1,8 1,4
V roce 1999 se spálilo 101,8 mil. Nm3 zemního plynu, coţ odpovídá 0,2 Nm
3/kWhel.).
Spotřeby nejdůleţitějších pomocných látek ukazuje tabulka 7.20
Tab. 7.20: Spotřeba důleţitých dodávek pomocných materiálů v roce 1999
pomocný
materiál
mazadla FeCl2/FeCl3 –
FeSO4/ Fe2(SO4)3
vápno-
hydrát
čpavková
voda
HCl NaOH
pouţití úprava vody
spotřeba (t/r) 0,5 60 70 0,5 20 13
měrná
spotřeba
(g/MWhel.)
1 120 140 1 40 26
491
Objemový průtok odpadní vody z celého závodu při plném zatíţení je aţ 75 m3/hod.
Nějakých 60 m3/hod pochází z chladícího systému. Tato odpadní voda se vede bez úpravy do
představené čeřící nádoby. Odpadní vody ze zařízení pro změkčování vody (15 m3/hod) se
neutralizují a převádějí do předřazené čeřící nádoby společně s výtokem z chladícího systému.
Koncentrace nečistot v této směsné odpadní vodě v roce 1999 ukazuje tabulka 7.21. Tyto
výsledky ukazují původní znečištění před vstupem vody do elektrárny.
Tab. 7.21: Koncentrace znečišťujících látek v odpadní vodě z elektrárny
střední hodnota ze 14 měření
( není-li uvedeno jinak) (mg/l)
měrné emise
(g/MWhel.)
Cl 339 137
AOX 0,06 0,024
CHSK 67 27,1
P 17,5 7,07
N 8 3,23
Zn < 50 * -
Cr < 2 * -
Cd < 0,1 * -
Cu < 5 * -
Pb < 3 * -
Ni < 5 * -
nerozpustné látky 8,7 3,52
sírany 624 252,2
Hg < 0,1 * -
pH 8,3 -
*) tato čísla pocházejí z jednorázového měření a proto je nelze vyjádřit jako měrné hodnoty
Jediným zdrojem značného mnoţství odpadů je úpravna napájecí vody chladících věţí, kde se
tvoří kal. V roce 1999 se zneškodnilo 214,4 tun tohoto kalu na skládce a 50,3 t se vyuţilo při
postřiku v zemědělství. Kromě toho vzniklo 10 t pouţitého detergenčního činidla z čištění
turbiny a 6 tun odpadů z odlučovače oleje.
Právní poţadavky na sniţování hluku zohlednily obydlenou oblast, která je asi 500 m
vzdálená od závodu. Pomocí tlumičů hluku se v této vzdálenosti dosáhlo úrovně imisí zvuku
30 dB (A).
Ekonomika: Celkové investice činily 185 mil. EUR (1995). To odpovídá měrným investicím
1043 EUR/kWel..
Motivace pro zavedení: Restrukturalizace ţeleznice u části dřívějšího východního Německa
si po roce 1989 vynutila postavení nové elektrárny s následujícími charakteristikami:
krátká doba postavení závodu
vysoká výkonnost
nízké zatíţení ţivotního prostředí
nízké investiční a provozní náklady
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
492
7.2.4 Techniky ke zlepšenému působení spalovacích zařízení provozovaných na
plovoucích plošinách na ţivotní prostředí
Tato část uvádí techniky k předcházení nebo sniţování emisí unikajících z provozu
spalovacích zařízení na plovoucích plošinách. V současné době jsou všechny komerčně
dostupné. Jako příklady se uvádějí techniky, které představují vysoký přínos pro ţivotní
prostředí. Techniky zařazené jako příklady, jsou zaloţeny na informacích, které poskytl
průmysl a na hodnocení Evropské kanceláře pro IPPC.
Příklad 7.2.4.1 Systém modelování emisních parametrů (PEMS)
Popis: Systém kontinuálního monitorování emisí (CEMS) je celkově nutným vybavením pro
stanovení koncentrací plynu nebo tuhých částic nebo emisních poměrů za pouţití analyzátoru
k měření znečišťujících látek a pro rovnice chemických reakcí, grafy nebo počitačové
programy, aby se u jednotek zjistily výsledky uplatňovaných norem emisních limitů.
Aby se získaly efektivní náklady na systém monitorování a potvrdilo se, ţe CEMS mohl
špatně fungovat, vyvinul se pro plynové turbiny na počátku 70. let systém modelování
emisních ukazatelů (PEMS). Namísto přímého monitorování emisí NOx vypočítá PEMS
emise NOx z klíčových parametrů provozu. Příkladem takových parametrů je teplota, tlak a
spotřeba paliva. Dnes se systémy PEMS, namísto CEMS rozsáhle vyuţívají u turbin, kotlů,
motorů i flér (fagulí) tak, ţe se monitorují emise NOx, SOx, celkových uhlovodíků, těkavých
organických sloučenin (VOC) a CO.
Pokud PEMS uţívá jiţ stávající čidla regulačních systémů zařízení, jsou investiční náklady
omezeny jen na začlenění vývojového softwaru a zavedení. Vyuţití stávajících čidel také
nevyţaduje zvláštní obsluhu se speciální kvalifikací pro zacházení s přístrojovou technikou a
její kalibrací tak, jak se to vyţaduje u CEMS. To je zvlášť cenné u těţebního průmyslu na
plovoucích plošinách. Dokonce i kdyţ je PEMS třeba periodicky kontrolovat za pouţití
CEMS, jsou náklady na provozování PEMS výrazně niţší neţ u CEMS. Nakonec při PEMS
není třeba ţádného, na komíně namontovaného technického zařízení.
Úplný PEMS se skládá z matematického modelu, modelu pro zajištění kvality a záznamového
modelu. Matematický model lze hodnotit třemi různými způsoby: 1) základními zákony; 2)
statistickou regresí; a 3) umělou inteligencí, strukturou neuronů nebo nelineární regresí. Kdyţ
se pouţije základních principů přiblíţení, hodnotí se model na základě fyzikálně-chemických
reakcí tvorby NOx. Provozní charakteristiky a projekt turbiny jsou mezi různými typy turbin
proměnnou veličinou. Model pro kaţdou turbinu musí být seřízený podle naměřených emisí
NOx a zaznamenaných provozních parametrů tak, aby se v modelu nastavily i koeficienty.
Přiblíţení u statistické regrese a umělé inteligence vyţaduje sadu provozních údajů
z minulosti při současném měření emisí NOx tak, aby se mohly vytvořit modely.
Model pro zajištění kvality se skládá z kontrolního čidla a kontrolního PEMS postupu. PEMS
není přesnější neţ je přesnost provozních parametrů, které se pouţily do modelu PEMS.
Kontrola signálů čidla je velmi důleţitá pro detekci odchylek signálu při zamezení
nesprávných předpokladů. Kontrola čidel se můţe provádět porovnáním signálů buď se
signály z přídavného čidla nebo z vypočtených hodnot podle matematického modelu za
pouţití signálů z ostatních čidel.
493
Výstraţný signál se rozezní, pokud systém detekuje u čidla odchylku. Kromě toho by úplný
PEMS měl také, jako zabezpečení mimořádné kvality detekovat vlastní odchylku.
PEMS se jako technika monitorování NOx značně vyuţívá v USA a prokázal se jako nejlepší
dostupná technika ve Spojeném království. V USA můţe provozovatel zařízení uplatnit
PEMS namísto CEMS, pokud lze u zařízení prokázat, ţe nový PEMS má stejnou nebo lepší
přesnost, spolehlivost, přístup a časové sledy jako poskytují systémy kontinuálního
monitorování emisí (CEMS). Přesnost PEMS se sleduje počitačem při 720 hodinovém
monitorování emisí z provozu a to jak pomocí alternativního PEMS, tak ověřeného CEMS.
Poměrná přesnost u CEMS je 20 % (podle CFR 40/60 ) a 10 % (podle CFR 40/75). (CFR=
kód federálních předpisů).
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Uplatnění modelů můţe napomoci provozovatelům
plynových turbin získat informace o skutečných hodnotách emisí ze zařízení v daném
časovém intervalu. To je významným přínosem samo o sobě. Následně můţe technika
indikovat optimální provozní charakteristiky zařízení. Tato regulace se můţe provádět buď
manuálně, nebo automaticky. Na pevnině se vyuţívá jeden systém, který pohání paralelní
kompresorové soupravy při stálém 8 % omezení emisí CO2. Techniku lze také pouţít
k upozornění na zhoršený výkon turbiny, coţ můţe jinak vést ke zvýšení emisí NOx. Tam,
kde se technika vyuţívá náleţitým způsobem, můţe vést k niţším provozním nákladům.
Pouţitelnost: Modelováním parametrů se můţe opatřit většina plynových turbin. Někteří
provozovatelé dávají této technice přednost před alternativou namontování systémů pro
monitorování emisí, jejichţ nevýhody spočívají v potřebě velkého prostoru, nízké přesnosti
přístrojů a ve vysokých nákladech na údrţbu. PEMS nabízí zvláště u zařízení na plovoucích
plošinách nákladově efektivní řešení monitorování emisí.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Ve zvláštních situacích se můţe sníţit
spotřeba energie. Jakmile se nainstaluje, existuje málo nevýhod ve srovnání s alternativou
systémů kontinuálního měření emisí. Modelování parametrů můţe také podat uţitečné
informace o monitorování emisí, kterých se můţe snadno vyuţít k poskytnutí rámcové
výroční zprávy o emisích.
Provozní údaje:
Ekonomika: Náklady na software pro zařízení nebudou pravděpodobně převyšovat 80 000
EUR. Musí se však zohlednit náklady na montáţ a údrţbu. Náklady na zařízení jsou závislé
na úrovni přístrojového vybavení, které jiţ existuje a na tom, co je nutno přidat, aby se mohly
všechny potřebné parametry monitorovat. Zkušenost ukazuje, ţe náklady na zařízení by
mohly činit dodatečných 160 000 EUR k nákladům na software. Pokud se nainstaluje, je třeba
malé údrţby a je nutné alespoň jednou za rok ověřit charakteristické emise za pouţití
přenosných měřících přístrojů. Na to budou celkové náklady v dané oblasti činit okolo 30 000
EUR/rok. Investiční náklady na PEMS jsou asi 50 % a náklady na údrţbu jsou oproti
nákladům na CEMS asi třetinové. Kromě toho nevyţaduje kaţdodenní provoz ţádnou zvláštní
pozornost nebo náklady.
Motivace pro zavedení: Modelování parametrů se stalo stimulem především v Norsku, kde
nutí provozovatele vysoké poplatky za CO2 k tomu, aby posoudili všechny dostupné
moţnosti. Tento impulz se přenesl na pozemní energetické celky Spojeného království, kde se
modelování parametrů zabudovalo u několika kompresorových stanic, coţ vedlo ke sníţení
nákladů na palivo. Poskytuje přesné a nenákladné monitorování NOx.
494
Odkaz na literaturu: /119, Guinee /; /120, Bakken a Skogly /; /121, Fripp /; /206, Pavilion,
2003/;/200, Southern Research Institute, 2000/; /201, Macak III, 1996/; /202, Lefebvre, 1998/;
/203, EPA, 2002/; /204, The Cadmus Group, 2000/; /205, Tronci a kolektiv, 2002/.
Příklad 7.2.4.2 Centrální elektřina pro více oblastí (těžních polí )
Popis: Jde o vyuţití centrálního zdroje energie pro řadu participujících zařízení. Můţe jej
tvořit buď 1 nebo 2 centrální elektrárny, které dodávají elektřinu elektrickými kabely do
ostatních oblastí. Příklady zahrnují “mateřskou“ plošinu dodávající elektřinu řadě satelitních
oblastí pomocí podmořského kabelu. Prostor s mnoha těţními plošinami lze rovněţ napájet
jako součást hlavního okruhu dvou ústředních elektráren.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Elektrárny na plovoucích plošinách jsou trvale
poháněny plynovými turbinami. Je zbytečné, aby byla na jednu plošinu jedna elektrárna.
Existuje moţnost širokého vyuţití “výkonové zásoby“, aby se zajistilo dostatečné krytí
pro udrţení výroby, kdyby selhala část systému výroby elektřiny. Propojení několika oblastí
na centrální elektrárnu můţe zajistit, ţe se maximalizují účinnosti plynových turbin a ţe se
minimalizuje oběţná zásoba a tím se sníţí jak emise CO2, tak NOx. Propojení elektřiny mezi
zařízení se studovalo a uplatnilo ve Spojeném království a Norsku a můţe být ekonomicky
zajímavé ve zvláštních situacích, které se uvádějí. Je však třeba počítat se ztrátou přenosem,
sledujeme-li přínos pro ţivotní prostředí, který je v mnohých případech okrajovou záleţitostí.
Sníţení emisí můţe být výraznější, pokud se bude elektřina vyrábět v kombinovaném cyklu
a/nebo nízkoemisními turbinami.
Pouţití: Centrální propojení elektřiny je důleţitým investičním projektem, který lze pouţít
pouze ve zvláštních situacích. Znamená to nové zařízení s lidskou posádkou nebo běţnou
plošinu bez obsluhy, která sousedí s mateřským zařízením. Je nepravděpodobné, ţe
rekonstrukce stávajících zařízení na připojení k síti integrovaného rozvodu elektřiny bude
nákladově efektivní, ačkoliv se tyto soustavy v současné době vyhodnocují.
Přenos vlivů prostředím: Přijetí integrace elektřiny trvale povede k niţší spotřebě elektřiny.
Provozní údaje: Odkaz /125, Evans a Mc Connell, 1994/ shrnuje zkušenosti u plovoucí
plošiny Marathon Brae, kde se ke stávajícímu poli, které se ze svého stávajícího zařízení
zásobuje elektřinou, přidala East Brae pomocí podmořských kabelů. Přídavná hmotnost
plošiny se eliminovala při úsporách nákladů převyšujících 98 mil. EUR. Zajímavým
přínosem, který se uvádí ve zprávě, byla schopnost udrţet elektřinu na zařízení během
odstávek. Existuje také příklad u zařízení na pevnině, kde jsou výrobní oblasti BP´s Prudhoe
Bay na Aljašce zásobovány z jediné elektrárny opět s ekonomickou výhodou a přínosem pro
ţivotní prostředí.
Ekonomika: Integrace elektřiny je důleţitou kapitálovou investicí. Uvádějí se úspory na
nákladech zařízení. Ale je třeba, aby se tyto náklady porovnaly s těmi, které se vynaloţí na
vybavení kabely a regulačním zařízením.
495
Motivace pro zavedení: Zavedení integrace elektřiny se můţe zvaţovat pouze ve vybraných
případech, a je nepravděpodobné, ţe se pouţije pouze kvůli samotnému sníţení emisí. Hlavní
motivací jsou ekonomické výhody. V oblasti Marathon Brae bylo třeba sníţit náklady na
plošinu maximálním vyuţitím stávající infrastruktury a zuţitkováním přebytku elektřiny.
Přínosy u emisí se dosáhly jako následek celé akce.
Odkaz na literaturu: /125, Evans a Mc Connell, 1994/; /78, Finkeldei, 2000/.
Příklad 7.2.4.3 Spalovací komory DLN u plynových turbin na plovoucích plošinách
Popis: Základní charakteristikou spalovacích komor s nízkoemisní technologií DLN (dry low
NOx) je ve dvou následných etapách prováděné směšování vzduchu a paliva a spalování. Při
vytváření směsi vzduchu a paliva před spalováním se dosáhne homogenního rozdělení teploty
a niţší teploty plamene, coţ sniţuje emise NOx. Od roku 1995 se uplatnilo 11 nových
plynových turbin pro jedno palivo s technologií spalování DLN na norských plošinách
s těţbou nafty a plynu. Kromě toho se rekonstruovaly dvě stávající plynové turbiny
z konvenčního typu na typ motorů se spalovací komorou DLN.
Plynové turbiny se spalovací komorou DLN vyţadují k regulaci motoru příkon topného plynu
s vlastnostmi jako má CO2, N2; tj. stlačitelnost, poměrnou hustotu, (měrnou hmotnost) a
výhřevnost.
Systém regulace motoru se můţe přizpůsobit malým změnám těchto vlastností za
předpokladu, ţe leţí v rámci dané tolerance. Pokud jdou však tyto změny mimo rámec
tolerance, potom je nutná klouzavá změna příkonu. Parametry, které budou pravděpodobně,
vyţadovat klouzavé příkony jsou měrná hmotnost topného plynu a výhřevnost. Dále potřebují
plovoucí zařízení často přístrojové vybavení jako jsou kalorimetry nebo chromatografy ke
kontinuálnímu monitorování topného plynu.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: nízké hladiny emisí NOx. Přínosy turbin
provozovaných při částečném zatíţení pro ţivotní prostředí budou ale nepatrné a to
v případech, kdy proměnlivé zatíţení povede k častějšímu vypínání turbiny a následnému
plápolání fléry (fagule).
Pouţitelnost: Spalovací nízkoemisní systémy DLN jsou dostupné pro řadu nových plynových
turbin. Při rekonstrukci stávajících plynových turbin existují hlavně dvě technická omezení.
Jedno se vztahuje k topnému systému. Turbiny na dvojí palivo (plyn a motorovou naftu) se
ještě nepovaţují za dostatečně technicky vyspělé. Druhé omezení souvisí se stářím zařízení.
Rekonstrukce vyţaduje rovněţ značné rozšíření regulace, takţe je třeba určitého přídavného
prostoru, coţ souvisí s rozvodem plynu. Ten nemusí být vţdy k dispozici. Některé bloky mají
veškeré potřebné vybavení umístěno uvnitř odtahu.
Plynové turbiny se vyuţívají u výrobního zařízení na plovoucí plošině jiţ desítky let jako
spolehlivý hnací stroj. Zavedení této nové spalovací technologie není bez určitého rizika.
Provoz turbin je náročný jak s ohledem na vyuţitelnost tak výkon těchto zařízení, které se
podrobují určitým změnám vlastností plynu nebo okolních teplot. Technologie chudého
spalování s předběţnou přípravou spalovací směsi (DLN) začíná dosahovat potřebné míry
vyspělosti i k tomu, aby se pouţila na plovoucích plošinách.
496
Provozní zkušenosti indikují do určité míry niţší spolehlivost turbin DLN neţ je u turbin
s konvenčními hořáky, coţ působí velmi časté vypínání a spalování na fléře. Je to částečně
následkem větší sloţitosti provozu DLN. Některá zlepšení lze zaznamenat jako součást
„křivky postupného osvojování znalostí“ procesu, ale některé problémy pocházejí ze
základních charakteristik technologie a ještě se je nepodařilo odstranit.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Nízké hladiny emisí NOx mohou působit
vyšší emise CO a nespálených uhlovodíků. Převaţující typ turbin v norské oblasti bude mít
niţší tepelnou účinnost s nízkoemisním vybavením neţ mají konvenční turbiny, zejména při
částečném zatíţení. Ztráta účinnosti při částečném zatíţení můţe být aţ 13 %, coţ znamená,
ţe by se emise CO2 mohly o těch 13 % zvýšit.
Provozní údaje: Běţná plynová turbina má při plném zatíţení koncentraci emisí asi 360 mg
NOx/Nm3 (při 15 % O2), zatímco verze typu spalovací komory s nízkoemisní technologií
DLN produkuje za podobných podmínek při 75 – 100 % zatíţení dle měření podle normy
ISO okolo 50 mg NOx/Nm3 (při 15 % kyslíku) a 30 mg CO/Nm
3.
Obr. 7.19: Emise NOx z plynových turbin (se spalovací komorou DLN) na plovoucích
plošinách /122, Carstensen a Skorping, 2000/.
Ekonomika: Doba potřebná k přerušení provozu během montáţe a s tím spojená ekonomická
ztráta z opoţděné nebo neprováděné těţby, stejně jako zvýšené náklady na údrţbu jsou
výrazně vyšší neţ předpokládaly předběţné posudky. Analýza přínosu u nákladů ukázala
velké rozmezí nákladů na sníţení NOx u jednotky a to od 23 NOK/kg NOx (tj. 3 EUR/kg)
k téměř 1000 NOK/kg (tj 125 EUR/kg). Při nákladech niţších neţ 100 NOK/kg NOx (12
EUR/kg NOx) by se mohlo rekonstruovat jen 20 % turbin.
Motivace pro zavedení: nízké hodnoty emisního limitu pro NOx
Odkaz na literaturu: /122, Carstensen a Skorping, 2000/; /78, Finkeldei, 2000/.
497
Příklad 7.2.4.4 Snížení zatížení u zařízení poháněného parní turbinou
Popis: Zařízení poháněné turbinou zahrnuje: kompresory, čerpadla a zařízení k výrobě
elektřiny. Toto pomocné vybavení lze přímo pohánět plynovou turbinou, nebo nepřímo
elektrickým motorem, který čerpá svou energii z plynové turbiny. Sníţení zátěţe můţe být jak
ekonomickou výhodou pro provozovatele, tak přínosem pro ţivotní prostředí.
Příklady způsobů ke sníţení zatíţení zahrnují:
omezení vratného okruhu kompresoru
sníţení počtu by-pasů čerpadel
vyladění regulace provozních okruhů u zařízení
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Sníţení zatíţení plynových turbin znamená trvale
sníţit spotřebu paliva a tak sníţit i emise CO2. Obecně, protoţe potom plynové turbiny
obvykle běţí při niţších rychlostech, mohou se u nich výrazně sníţit i emise NOx. Jak se
zlepšuje stabilita zařízení, často se rovněţ omezí i reţim flér.
Pouţitelnost: Techniky ke sníţení zátěţí lze uplatnit u všech plynových turbin, protoţe
poskytují obvykle přímo nebo nepřímo elektřinu pro všechny sloţky strojního příslušenství u
zařízení.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: V extrémních případech se můţe počet
sloţek strojního vybavení sníţit, tj. místo 3 čerpadel pouţít 2 a tím se opět mohou sníţit
náklady. Podobně se můţe sníţit výkonová reserva k výrobě elektřiny.
Provozní údaje: Zkušenost naznačuje, ţe se jednoduchým seřízením zařízení získají značné
výhody. Například u některých zařízení existuje vysoké procento provozních okruhů, které se
regulují manuálně. Tyto okruhy se mohou náleţitě vyladit a zavést automatický reţim.
Následně se mohou omezit takové proměnné, jako je nastavení tlaku, coţ naopak vede ke
sníţení pohonného zatíţení. Můţe se sníţit počet neplánovaných odstávek, coţ vede k úbytku
flér. Čas strávený správnou stabilizací linkového vedení protinárazovou ochranou u
odstředivých kompresorů můţe být rovněţ přínosem. Zde je klíčovým hlediskem zlepšit
znalosti obsluhy zařízení, aby si uvědomovala, ţe sníţením neefektivnosti lze získat určité
přínosy.
Ekonomika: Většina změn při této technice vyţaduje malou úpravu u strojního vybavení.
Namísto toho se provádějí změny v regulaci zařízení a to vyţaduje malé finanční výdaje.
Správné vyladění klíčových okruhů u zařízení se dosáhne při méně neţ 25 000 librách (GBP).
Proškolení hlavní obsluhy můţe být dalších 10 000 liber. Následkem toho dochází se
zvýšením stability zařízení často k růstu výroby.
Motivace pro zavedení: V minulosti byla pro zavedení takových změn malá motivace.
Provozovatelé měli malou důvěru v manuální techniky pro vyladění regulace okruhu atd..
Nyní jsou k dispozici techniky programování, aby umoţnily jak citlivé změny, tak racionálně
provedené vyladění okruhu. Mnozí provozovatelé si tak uvědomili přínosy a aby vytvořili
odolné robustní systémy, takové techniky si opatřili.
Odkaz na literaturu: /78, Finkeldei, 2000/; /207, Underbakke a Jakobsen/
498
Příklad 7.2.4.5 Kombinovaná jednotka výroby elektřiny a tepla u zařízení na plovoucích
plošinách
Popis: Zvýšení nákladů na palivo a zájem o emise nasměrovaly pozornost na šetření energií
u zařízení k těţbě nafty a plynu na plovoucích plošinách To přineslo významné změny
v provozovaných postupech a vývoji technologie u několika zařízení na naftu a plyn. Zájem
se soustředil na udrţení nízké spotřeby energie, zamezení nadbytečné spotřeby paliva a na
projektování účinnějších energetických systémů. Nejúčinnějším způsobem, jak toho
dosáhnout, je omezit nebo odstranit u stávajících nebo nových plynových turbin reţim
provozu flér a instalovat parní cykly a vytvořit tak cykly kombinované.
Koncepce kombinovaného cyklu je spojení provozů plynové a parní turbiny. Spaliny
vystupující z plynové turbiny mají teplotu asi 500 oC. To představuje velké mnoţství energie,
které se získá výrobou tlakové páry v jednotkách spalinových kotlů. Pára se vede do parní
turbiny, která vyrábí přídavnou elektřinu. Nízkotlaká pára na výstupu z parní turbiny
kondenzuje působením chladící vody (mořská voda) a potom se vede zpět do spalinového
kotle k výrobě páry (WHRU-SG, tj. jednotky rekuperace odpadního tepla a výroby páry).
Tato jednotka a parní turbina tvoří základní cyklus páry, coţ je uzavřený okruh parního cyklu.
To je běţná konvenční technologie v elektrárnách na plyn postavených na pevnině.
Obr. 7.20: Technologické schéma zařízení s kombinovaným cyklem výroby elektřiny a tepla
na plovoucí plošině /25, ABB, 2000/
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Při přechodu z jednoduchého cyklu na cyklus
kombinovaný vzroste na plovoucí plošině s novými plynovými turbinami typická účinnost
ze 37 % na 50 %. Sníţí se obyčejně spotřeba paliva a o 25 % emise CO2 a NOx. Ve srovnání
s většími závody, které vyuţívají kombinovaný cyklus na pevnině, je tepelná účinnost niţší
jednak následkem změny nákladů a účinností a také vlivem skutečnosti, ţe větší zařízení na
pevnině mají niţší tepelné ztráty.
499
Zařízení s kombinovaným cyklem spojené s odběrem páry z parní turbiny se převede na
závod s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla (CHP). Odebíraná pára můţe pokrýt potřebu
tepla nepřímo produkcí vyhřátého kapalného média nebo alternativně se můţe pára pouţít
přímo do provozních ohříváků. Účinnost kogenerační jednotky bude v závislosti na míře
potřeby tepla ve výši 47 aţ 80 %. Závody s kombinovanými (paroplynovými) cykly a
kombinovanou výrobou elektřiny a tepla jsou velmi flexibilní, protoţe vyuţití tepla se můţe
maximalizovat kdykoliv bez ohledu na míru zatíţení nebo potřebu tepla.
Pouţitelnost: Potřeba zohlednit investiční náklady a počítat s hmotností zatím sledované
nové technologie a také optimalizace účinnosti sníţila hmotnost jednotky vyuţití tepla o 30 –
50 %. Příkladem je jednotka vyuţití tepla (spalinový kotel) s jediným vstupem pro plynovou
turbinu, která váţí asi 125 tun, zatímco standardní jednotky mají rozsah hmotnosti 200 – 250
tun. Poţadavek na prostor pro jednotku tohoto spalinového kotle k výrobě páry je asi o 25 aţ
50 % vyšší oproti konvenčnímu postupu výroby tepla. Tyto spalinové kotle jsou ale umístěny
na horní části parních turbin, které se obyčejně osazují nahoře na plošině. Tedy je poţadovaný
prostor obvykle k dispozici.
Poměrně nízké stavy páry umoţňují vyuţít nízkotlakých modulů parních turbin s pláštěm
přivařeným na turbinu. Výsledkem je, ţe hmotnost paletového rámu plošiny parní turbiny o
výkonu 15 – 20 MW bude 150 aţ 175 t, coţ je téměř stejná hmotnost, jako má srovnatelná
plynová turbina. Taková kluzná plošina bude mít asi stejnou velikost jako u 20 MW plynové
turbiny.
Závěrem je, ţe zařízení s kombinovaným cyklem se dá obecně uplatnit jak u nových, tak
modernizovaných zařízení na plovoucích plošinách.
Obr.7.21: Příklad elektrárny s kombinovaným cyklem, instalované na plovoucí plošině na
norském kontinentálním šelfu /25, ABB, 2000/.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Protoţe koncepce kombinovaného cyklu
počítá v uzavřeném okruhu pouze s velmi čistou vodou, nevypouštějí se za běţného provozu
do ţivotního prostředí ţádné odpadní produkty.
500
Provozní údaje: Následující provozní údaje vycházejí z kombinovaného cyklu s celkovou
výrobou elektřiny 67 MW:
tlak páry na vstupu do parní turbiny: 15 barů
teplota páry na vstupu do parní turbiny: 430 oC
hmotnostní tok páry na vstupu do parní turbiny : 17,5 kg/s
jmenovitý elektrický výkon generátoru parní turbiny : 15,8 MWel
Uvedené parametry páry se zakládají na získání tepla z horkých spalin ze dvou konvenčních
plynových turbin s následujícími parametry na výstupu:
teplota spalin: 481 oC
jmenovitý elektrický výkon: 2x 25,9 MWel
Parní cyklus na plovoucí plošině bude potom běţně získávat 1/3 jmenovitého elektrického
výkonu z konvenční plynové turbiny.
Parní cyklus potřebuje jako chladící médium v kondenzátoru páry mořskou vodu. Parní
turbina potřebuje průtok mořské vody asi ve výši 2000 m3/hod. Investiční náklady na systém
odběru mořské vody se někdy mohou sníţit spojením s ostatními uţivateli mořské vody.
Náklady na chladící vodu výrazně kolísají případ od případu a na některých plošinách mohou
být náklady na modernizaci systému chlazení vodou velmi vysoké.
Kromě toho vyţaduje parní cyklus malé mnoţství elektřiny a vzduchovou aparaturu
k provozu čerpadel a ventilů. Do parního cyklu se přidává malé mnoţství čpavku ( běţně 1
kg/den) k úpravě pH. Spotřeba vody je obvykle okolo 0,5 m3/hod.
Ekonomika: Odhadované částky uváděných nákladů se vztahují na obyčejnou 16 MW parní
elektrárnu vybavenou dvěma plynovými turbinami namísto jedné konvenční plynové turbiny.
Celkový výkon výroby elektřiny u zařízení s kombinovaným cyklem bude potom okolo 67
MW. U plovoucí plošiny jsou celkové projektové náklady značně závislé na prostoru a
hmotnosti. Je třeba uvést, ţe u naftových plošin je plyn v mnohých případech volným nebo
téměř volným artiklem. Sníţená spotřeba plynu během fáze těţby nafty zvýší objem plynu,
který se musí vhánět zpět. V případech, kdy je limitujícím faktorem kompresní kapacita
plynu, se můţe ve skutečnosti sníţit kapacita těţby nafty a to můţe mít negativní ekonomické
dopady na úspory topného plynu. Vtlačený plyn se získá zpět na konci ţivotnosti těţebního
zařízení a tato okolnost ovlivní nízkou hodnotu efektivnosti investice. V norském šelfu můţe
sníţený poplatek za CO2 ve specifických případech takovou investici odůvodnit.
Motivace pro zavedení: Potřeba sníţit emise CO2 a NOx, poplatky za CO2 v norském šelfu a
zlepšení stability a spolehlivosti provozu.
Odkaz na literaturu: /25, ABB, 2000/
501
7.3 Současná spotřeba a hladiny emisí
7.3.1 Přehled hmotných toků
Obr.7.22:Grassmannovo schéma plynové turbiny se spalinovým kotlem /50, Korobitsyn,1998/
Grassmannovo schéma ukazuje tok energie kombinovaným cyklem plynové turbiny bez
přídavného spalování (přitápění). Oblasti vyznačené šedočerně představují vnitřní ztráty
energie v turbině a ve spalinovém kotli.
7.3.2 Přehled plynných paliv pouţívaných ve velkých spalovacích zařízeních
Zemní plyn je čisté palivo, které nepůsobí prakticky ţádné emise SO2 nebo tuhých částic.
Emise CO2 ze spalování zemního plynu jsou přirozeně mnohem niţší neţ z ostatních fosilních
paliv. Tab. 7.22 uvádí přehled relevantních plynných paliv spalovaných ve velkých
spalovacích zařízeních.
Tab. 7.22: Přehled relevantních plynných paliv spalovaných ve velkých spalovacích
zařízeních /58, Eurelectric, 2001/
substance zemní plyn
(mol. %)
vysokopecní plyn
(mol. %)
plyn z rafinerie
(mol. %)
N2 0-14 52-57 0
CO2 1-2 20-21 4-5
CH4- C4H10 84-99 0 0-46
CO 0 21-23 20-50
H2 0 2-4 30-45
síra 0 něco málo 20-1700 mg H2S/Nm3
prach 0 závisí na pouţitém systému čištění
plynu, ale běţně < 40 mg/Nm3
0
* Viz BREF pro rafinerie. Rozmezí závisí na typu plynu (např. plyn z rafinerie, plynný vodík,
koksárenský plyn atd.)
502
Plynové turbiny na plovoucích těţních plošinách spalují surový zemní plyn dodávaný přímo
ze sousedního naftového pole. Tento plyn můţe mít jiné sloţení neţ zemní plyn, který se
běţně pouţívá u pozemních plynových turbin. Obvyklé sloţení zemního plynu z naftového
pole v Severním moři lze vidět v tab. 7.23.
Tab. 7.23: Příklad sloţení surového zemního plynu z ropného pole v Severním moři
/78, Finkeldei, 2000/
Sloţka mol. % g/mol
metan 68,69 46,18
oxid uhličitý (1)
14,65 27,01
etan 8,18 10,31
propan 4,45 8,22
n-butan 1,19 2,9
dusík 0,84 0,98
voda 0,7 0,52
i-butan 0,49 1,3
n-pentan 0,30 0,92
i-pentan 0,26 0,78
hexan 0,089 0,32
heptan 0,06 0,25
oktan 0,033 0,15
sirovodík 0,007 0,01
helium 0,0 0,0 (1)
Obsah CO2 v surovém zemním plynu dost značně kolísá od pole k poli, ale je velmi zřídka
nad 10 %.
Více informací o zemním plynu a plynech z rafinerie je k dispozici v BREF o minerálním
oleji a plynu z rafinerie.
7.3.3 Účinnost spalovacích zařízení na plynná paliva
Účinnost elektráren během posledního desetiletí nepřetrţitě roste optimalizací procesu a
vlivem nového vývoje v oblasti materiálů a chladících technik, jeţ poskytují moţnost vyšších
vstupních teplot v turbině. V kombinovaném cyklu umoţňuje uplatňování více tlakových
úrovní a zvýšení přípustných teplot vstupní páry (coţ způsobil vývoj materiálů odolných vůči
vysokým teplotám) také zvýšení účinnosti parního cyklu. Tab. 7.24 uvádí přehled výkonů a
účinností elektráren se spalováním plynu, jeţ jsou určeny k výrobě elektřiny při základním
zatíţení.
Je třeba zdůraznit, ţe zmíněné hodnoty vyčíslených účinností se uplatňují u nových turbin s
čistým plynem při plném zatíţení a za ISO podmínek a s průtočně chlazenými kondenzátory.
Při jiných podmínkách mohou být hodnoty niţší, jelikoţ účinnost značně závisí na
podmínkách okolního prostředí a typu pouţitého systému chlazení, stejně jako na způsobu
provozu.
503
Tab. 7.24: Přehled účinností velkých spalovacích zařízení na plyn
maximální kapacita
jednotky (MWel)
tepelná účinnost
(%)
konvenční elektrárna 38-49
plynová turbina s jednoduchým cyklem 275 30-42
záţehové motory s jednoduchým cyklem nebo
motory na dvojí palivo
42-47
kombinovaný cyklus se spalinovým kotlem
(HRSG)
400 46-58
cyklus s přihříváním 50
poznámka:
Tyto údaje se získaly při provozu s plným zatíţením. Pokud provozní zatíţení klesne, výrazně
poklesne i tepelná účinnost.
Důvodem nejvyšší účinnosti kombinovaného cyklu je, ţe plynová turbina tvoří 65 – 70 %
celkového výkonu a konverze energie je v plynové (spalovací) turbině při vyuţití poměrně
horkých spalin turbiny velmi účinná.
Zvýšenou účinnost jednotky lze dosáhnout vlivem zvýšené teploty spalování v plynové
turbině a zvýšená teplota spalin vystupujících z turbiny znamená i vyšší teploty přehřáté páry
a umoţňuje vyuţít dvojí nebo trojí tlakovou úroveň páry ve spalinových kotlích. Pokud je
teplota na výstupu dost vysoká, je přihřívání páry ekonomicky výhodné.
Pro zlepšení tepelné účinnosti plynových turbin lze pouţít různé modifikace procesu.
Například se účinnost zvyšuje přenosem odpadního tepla do vzduchu vystupujícího z
kompresoru, tedy se sniţuje spotřeba paliva, ale na druhou stranu můţe také dojít k určitému
sníţení výroby elektřiny. Kogenerace je takové technologické uspořádání, při kterém se
vyuţívá energie spalin vystupujících ze spalovacího procesu jak k výrobě elektřiny, tak
uţitného tepla. Elektřina se můţe vyrábět buď přímým vyuţitím horkých spalných plynů jak
v plynové turbině, nebo jejich vyuţitím k výrobě přehřáté tlakové páry k pohonu parní
turbiny, tak v konvenčním kotli. Vyuţitelné teplo má obvykle formu páry. Tato pára se můţe
v případě konvenčního kotle odebírat buď přímo nebo pomocí výměníku tepla nebo
prostřednictvím spalinového kotle, kdy se energie získává ze spalin vystupujících ze spalovací
turbiny.
U zařízení (paroplynových) v kombinovaném cyklu se spalinovým kotlem se musí pouţívat
vysoce kvalitního paliva, aby se zamezilo problémům koroze a eroze. Vzniklé teplo se můţe
pouţít pro různá zařízení, např. v průmyslových procesech, dálkových rozvodech tepla atd..
Je třeba počítat s určitými vlivy, které sniţují při skutečných provozních cyklech účinnost,
jako je nedostatečná efektivnost komprese a expanze, ztráta tlaku během zahřívání, tepelná
ztráta, kolísání měrného tepla pracovní kapaliny s teplotou, nedokonalé spalování, atd. /87,
Molero de Blas, 1995/.
504
7.3.4 Emise do ovzduší
V zařízeních spalujících plyn, zejména v plynových turbinách, vznikají emise NOx hlavně
následkem tvorby tepelných NOx, coţ je ovlivňováno následujícími ukazateli /32, Rentz a
kolektiv, 1999/:
sloţením paliva: emise NOx se zvyšují, narůstá-li v palivu obsah vodíku. Vyšší obsah
alkálií v zemním plynu má také tendenci zvyšovat emise NOx
teplotou plamene: spaluje-li se palivo a vzduch ve stechiometrickém poměru, dosáhne se
nejvyšší teploty plamene a to způsobí i nejvyšší emise NOx
dobou prodlevy směsi paliva a vzduchu v zóně spalování: doba prodlevy se můţe sníţit
pouţitím zvýšeného počtu hořáků s konstantním průtokem paliva a vzduchu. To je
prostředek ke sníţení tvorby NOx a jiţ se ho pouţilo v počátečním stadiu vývoje plynové
turbiny
atmosférickými podmínkami: zvýšení vlhkosti spalovacího vzduchu také napomáhá
sníţení tvorby NOx. Efektem je sníţená teplota plamene, coţ je podobné injektáţi emulze
vody a paliva do spalovací komory plynové turbiny
Dosaţení přesné koncentrace výstupních NOx, bude záviset na typu plynové turbiny. Dochází
však k rozporu mezi růstem účinnosti plynové turbiny a sníţením emisí NOx (vysoká
účinnost plynové turbiny je ovšem také značně důleţitá, protoţe se spotřebuje méně paliva).
Záměr zvýšit účinnost plynové turbiny vede k vyšším teplotám spalování v plynové turbině.
Následkem přijatého opatření ke sníţení emisí NOx dojde k poklesu účinnosti. V nově
postavených zařízeních s vysoce účinným kombinovaným cyklem s nízkoemisní spalovací
komorou DLN se nicméně můţe dosáhnout výstupních koncentrací 20 – 50 mg NOx/Nm3
(viz tab. 7.25) bez pouţití koncových opatření ke sníţení NOx. Emise NOx u stávajících
zařízení nelze vyjádřit jednou číselnou hodnotou, ale kolísají mezi 50 – 75 mg NOx/Nm3,
ačkoliv se u starých zařízení mohou ve snaze dosáhnout hodnoty pod 75 mg NOx/Nm3
vyskytnout potíţe. Je však třeba si uvědomit, ţe nízké hladiny emisí NOx mohou vést
k vyšším emisím CO.
Se zvyšováním teploty se hladina emisí NOx zvyšuje pomaleji, neţ účinnost výroby elektřiny.
Z tohoto důvodu znamená směřování technického vývoje k vyšším účinnostem také vyšší
koncentrace NOx ( tj.mg NOx/Nm3 ).
Protoţe se u plynových turbin vybavených technologií selektivní katalytické redukce (SCR)
nezjistily u spalinových kotlů (v kombinovaném cyklu, kogeneraci) ţádné technické
problémy, lze na selektivní katalytickou redukci pohlíţet jako na průkaznou techniku ke
sniţování emisí NOx u zařízení spalujících plyn. Podle odkazu /32, Rentz a kolektiv, 1999/ se
v Kalifornii dosáhlo při pouţití SCR 20 mg NOx/Nm3. Zde se musí plnit hodnoty emisního
limitu pro NOx 20 mg/Nm3 a méně, protoţe jsou podmínky okolního ovzduší po většinu roku
horší vlivem mimořádně vysoké koncentrace ozonu nebo nepřetrţitého smogu v letním
období. V Japonsku a v Evropě lze u velkých plynových turbin (> 100 MWth) při spalování
zemního plynu dosáhnout 30 – 50 mg NOx/Nm3.
505
Tab. 7.25: Vybrané parametry a úrovně emisí NOx u nových plynových turbin
/185, Smith, 1995/
typ plynové
turbiny
výkon (MW)
za ISO
podmínek
teplota spalin
na výstupu
(oC)
objem
výstupních
spalin (kg/s)
emise NOx (ppm)
při 15 % O2 za
podmínek ISO
GE řada 6 38,34 539 136,98 25
W 251 B12 49,1 520 171,46 9-25 (9 ppm od 1997)
ABB GTBC 52,6 517 179,17 25
Siemens V 64.3 60,5 534 183,7 25
GE řada 7EA 83,5 530 292,11 9
ABB GTI INI 83,8 505 317,06 15
Siemens V 84.2 106,7 548 346,99 9
ABB GTI In2 109,2 525 375,12 15
W501 D5 109,8 527 361,97 9-25 (9 ppm od 1996)
GE řada 9E 123,4 538 403,7 9-25 (9 ppm od 1996)
ABB GT 13 E 147,9 516 501,22 25
Siemens V 84.3 152 550 425,01 25
Siemens V 94.2 153,6 546 498,95 9
GE řada 7 FA 159 589 417,75 9
W 501 F 161,3 583 430,46 9-15 (9 ppm od 1995)
ABB 13E2 164,3 525 524,81 25
GE 9FA 226,5 589 601,92 9-25 (9 ppm od 1997)
Vysvětlivky:
GE = General Elektric Co.; W = Westinghouse; ABB = Asea Brown Boveri;
Siemens = Siemens KWU
Vyuţití nízkoemisních systémů DLN můţe při spalování plynu v plynové turbině dosáhnout
9 – 42 ppmvd NOx (při 15 % O2), 9 – 50 ppmvd (při 15 % O2). V případě, ţe se jako palivo
pouţije topný olej, mohou nízkoemisní systémy DLN dosáhnout 42 – 90 ppmvd NOx (15 %
O2), 20 – 30 ppmvd (15 % O2) /190, Davis a Black, 2000/.
Účinné spalování plynných paliv netvoří tuhé hmotné částice. Ale na úrovně vstupních
znečišťujících látek značně působí i místní vlivy, coţ se můţe na turbinách projevit negativně
/191, Systems, 2002/.
Nejdůleţitějším ukazatelem, který ovládá podíl tvorby NOx ve spalovacích motorech
s vnitřním spalováním je teplota spalování plynu. Jednou metodou ke sníţení teploty
spalování je niţší poměr paliva ku vzduchu – potom se pouţije stejného mnoţství měrného
tepla unikajícího ze spalování paliva k ohřátí většího hmotnostního objemu výstupních plynů,
coţ vyvolá niţší maximální teplotu spalování a niţší emise NOx. Tohoto primárního opatření
ke sníţení emisí vyvolaného postupem „chudého spalování“ se vyuţilo i v některých
plynových motorech. Záţehové motory a motory na dvojí palivo v reţimu plynu s „chudou“
směsí paliva jsou často vybaveny katalyzátorem oxidace hlavně kvůli odstraňování CO.
Emise nemetanových těkavých organických sloučenin (NMVOC) ze záţehových motorů
s chudým spalováním plynu a motory na dvojí palivo v reţimu plynu jsou závislé na sloţení
zemního plynu. V některých případech v závislosti na platné legislativě a sloţení zemního
plynu mohou být zapotřebí ke sniţování nemetanových těkavých organických sloučenin i
sekundární techniky a katalyzátor oxidace, čímţ dojde jak ke sníţení NMVOC tak CO.
506
Tab. 7.26: Emise NOx u stabilizovaného stavu motoru s plným zatíţením
zařízení pouţitý topný olej nebo SO2 NOx (jako NO2)
(mg /Nm3) *
průměrná výše
prachu (podle
ISO 9096 nebo
jiné
ekvivalentní
metody)
(mg/Nm3)
poznámky
naftový
motor,
reţim plynu
hlavní palivo: zemní plyn,
pilotní palivo; TTO (S=2,9 %
hm,; popel=0,05% hm.;
mikromnoţství zbytkového
uhlíku: 9 % hm. )
1584 – 1612 10…13 120 MWel.
elektrárna v Asii
záţehový
motor na
plyn
n.d. 161 – 190 n.d. 5 MWel. zařízení
v Severní Evropě
záţehový
motor na
plyn
(seřízen na
nízké NOx)
n.d. 71 – 83 n.d. 40 MWel. zařízení
v USA; spotřeba
paliva asi o 3 %
větší oproti
obvyklému
výkonu
záţehového
motoru
záţehový
motor na
plyn
5 – 13 SCR (15 % O2)
motor na dvojí
palivo:
- reţim plynu
- reţim LTO
<0,05 % hm. S
<0,01 % hm. popela
147 – 177
1531 – 1751
n.d.
6 – 27
5 MWel. zařízení
v Severní Evropě
* Emise NOx při 0ºC, 101,3 kPa a 15 % O2 ; n.d.= není k dispozici
Účinné spalování plynných paliv netvoří tuhé částice. Ale hladiny vstupu pevných částic,
které mohou mít dopad na turbiny, ovlivňují místní podmínky. /191, GE, 2002/.
507
Tab. 7.27: Emise do ovzduší ze spalovacích zařízení na plynná paliva
spalovací
technika
výkon
(MWth)
opatření ke
sníţení emisí
emise do ovzduší
(mg/Nm3)
poznámky
NOx prach CO Všechny tyto hodnoty jsou
v mg/Nm3 při 3 % O2. Menší
průmyslové kotle v rozmezí 20-50
MWtep. dosahují podle uvedených
zpráv emisních limitů asi 140
mg/Nm3 ( 3 % O2, 273 K, suchý
plyn)
50-100
60-93 2-5,4 7-14
kotel na
plyn
bez redukčních
opatření
300 100
primární opatření 150 100
150-
200
100-300
> 300 60-180
plynová
turbina
v kombin.
cyklu
spalování
(zemní
plyn)
> 50
SCONOX < 6 < 1,1
mg/Nm3
(1ppm)
Dovybavení ke stávající 32 MWel.
kogenerační jednotce a malé 5
MWel. plynové turbině, obě
provozované v USA. Techniky lze
také uplatnit v zařízení nad 50
MWtep.
50-100 Dosaţeny hladiny NOx méně neţ
50 mg/Nm3
100-300 Pm (DLN) 18-
41,6
0,1-11,3 Dosaţeny hladiny NOx méně neţ
50 mg/Nm3
Pm (injektáţ vody) 80-200 < 50
> 300 Pm (DLN) < 30 < 30 U tohoto zařízení se uplatnil
systém SCR, který se uţ
neprovozuje kvůli vysoce
výkonné technologii DLN
Pm (dvouetapové
hořáky)
47-73 6-60
Pm / SCR 33 < 1 30 < 2
plynová
turbina na
plovoucích
plošinách
50-100 65-355 < 8-668 Plynové turbiny 41,9-79 MWtep.
spalující surový zemní plyn ze
Severního moře
plynová
turbina na
zemní plyn
50-100
Pm (injektáţ vody) 30-57 5-7 < 30 Při 15 % O2
DLN 18-35 Při 15 % O2
Pm (injektáţ vody) 50-90 Při 15 % O2
100-300
>300 DLN 50
Poznámky: Pm= primární opatření u emisí NOx
DLN= nízkoemisní spalovací komora
SCR= selektivní katalytická redukce
508
7.3.5 Emise do vody
Provoz kotlů a turbin spalujících plyn povede k následujícím specifickým odpadním vodám z:
vypírání a oplachu
odkalování kotlů
odkalování demineralizačního zařízení
vypouštění vypírací a oplachové vody: vody z vypírání, netěsností a z oplachu se
odvádějí do kanalizace přes odlučovač oleje. Mnoţství bude běţně okolo 0,1 m3/hod.
Bude nejspíš kontaminováno olejem. Maximální mnoţství můţe dosáhnout aţ 150 m3/hod
v době, kdy je třeba propláchnout potrubí. Znečištění by potom znamenalo hlavně
sediment. Olej se nepředpokládá. Kompresory plynové turbiny je třeba čistit asi 4x ročně
vodou a odmašťovacím činidlem. Druh detergentu se ještě nestanovil. Pokud se pouţije
detergenčního činidla, které je biologicky odbouratelné, vypustí se do povrchové vody.
Jsou-li přítomny těţké kovy, voda se zachytí a zneškodní se mimo závod na základě
smlouvy s autorizovaným podnikem.
voda z odkalování kotle: kotelní voda, která se odvádí z kotle v období jeho údrţby se
zachycuje a můţe se upravit v neutralizačních nádrţích. Po neutralizaci se voda vypustí do
povrchové vody. Kotelní voda je demineralizovanou vodou s přidanými chemikáliemi.
Voda z kotle by se měla vypustit jednou za rok. Obsah solí v parovodním okruhu by měl
zůstat pod určitým limitem, aby se předešlo zanášení potrubí při odpařování a při
přehřívání a aby se předešlo zrychlené korozi. Aby se hladina solí udrţela ve specifickém
rozmezí, vypouští se kotelní voda pravidelně (je-li to nutné) z kotelního bubnu do systému
vodního chlazení. Vypuštěná voda bude potom obsahovat nízké koncentrace solí.
odkalování demineralizačního zařízení:
7.3.6 Odpady ze spalování a ostatní odpady ze zařízení
Pevné a kapalné odpady: Při provozu plynových turbin a kotlů na plyn se tvoří pouze malá
mnoţství pevných a kapalných odpadů. Většina odpadů pochází z pomocných činností, jako
je údrţba a úprava vody. Odpadní substance spojené s těmito pomocnými činnostmi se mohou
týkat kovového šrotu, pouţitého oleje, obalových materiálů, kapalin pouţitých k oplachu
kompresorů a plynových turbin, ionexových pryskyřic a aktivního uhlí.
Vyčerpaný olej: Obvykle se provozní olej turbiny a mazací olej mění kaţdých 10 let. Také je
lze měnit krátce po najetí provozu. Mnoţství dotyčného oleje bude v kaţdém případě okolo
30 000 – 40 000 l / 400 MWel jednotku.
Čištění kapalin: Kapaliny pouţité k promývání kompresorů a turbin jsou syntetické
detergenty rozpustné ve vodě. Tyto kapaliny se pouţijí pravidelně k odstraňování špíny a
tukových usazenin na lopatkách; čištění se provádí v době odstávky provozu. Výsledné
znečištěné kapaliny se musí odeslat k oprávněným zpracovatelům. Celkové mnoţství
takových vzniklých tekutin se odhaduje na 7 m3/jednotku pokaţdé, kdyţ se čištění provádí
(4x/rok).
509
Chemikálie z demineralizace vody: Zařízení pro demineralizaci vody bude produkovat
odpadní chemikálie a pryskyřice. Pokud se uplatní zařízení s ionexem, bude se vyuţívat
chemikálií jako je kyselina chlorovodíková a hydroxid sodný. Soli se budou po neutralizaci
běţně vypouštět do povrchové vody. Pryskyřice se musí měnit jednou za 3 – 5 let. Mnoţství
vyčerpaných chemikálií a odpadních pryskyřic závisí na druhu zařízení, jakosti neupravené
vody a mnoţství produkované demineralizované vody.
7.3.7 Emise hluku
Většina zemí EU má své vlastní směrnice ke sniţování emisí hluku, které musí plnit.
Kritéria typická pro hluk jsou zaloţena na různých typech prostoru: vyuţití území (obytná,
obchodní, průmyslová atd.). Kromě toho je obvyklou praxí pouţít různé poţadavky na denní a
noční dobu, zejména v obydlených oblastech (noční doba je obyčejně mezi 22 a 7 hodinou
ranní). Průmyslové oblasti mají obvykle jen jednu mez: pokud má elektrárna zařízení se
základním zatíţením, vyuţívá se hodnoty pro noční dobu ( jde-li o závazný poţadavek), která
je zanesena do poţadavků projektu.
Poţadavek vztahující se k hluku z hlediska ochrany ţivotního prostředí se definuje podle
vnějšího příjemce hluku v souvislosti s územní hranicí majetku danou projektem. Kdyţ se
definuje dopad hluku z nové elektrárny, je nutné také zohlednit stávající pozadí hluku.
Stanovením racionálních poţadavků na hluk je třeba zabránit zbytečným nákladům.
Například pokud je jiţ pozadí hluku v průmyslové oblasti 70 dB (A), nevkládá se do projektu
zařízení navíc ţádný poţadavek na hodnotu pro dopad hluku o 60 dB (A) nebo méně.
Pro hluk v rámci závodu: v prostorách, kde hladina hluku převyšuje 85 dB(A) se musí
pouţívat ochrana sluchu a tyto prostory musí být zřetelně označeny. V ostatních lokalitách,
kde mohou zůstávat lidé po delší dobu, se musí případně hladina hluku sníţit.
Hlavní zdroje hluku v tepelné elektrárně jsou: ventilátory (včetně vstupů, výstupů, komínů a
plášťů), čerpadla, turbiny, parní systémy, budovy (včetně oken a ventilačního systému),
chladící věţe a transformátory (slyšitelné tóny 100 Hz a akustika).
510
7.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spalování plynných
paliv
Tato část uvádí techniky, které se zvaţují při určování BAT pro prevenci nebo sniţování
emisí ze spalování plynných paliv a ke zvýšení tepelné účinnosti. Všechny jsou v současné
době komerčně dostupné. V této kapitole se zvaţované techniky popisují všeobecně, ale
většina technik se podrobně popisuje v kapitole 3 a příklady některých technik se uvádějí
v části 7.2, aby se podrobněji předvedlo jejich působení na ţivotní prostředí, kdyţ se tyto
techniky uplatní ve skutečných situacích. V zásadě se techniky popsané v kapitole 3
uplatňují do značné míry i na spalování plynných paliv a mělo by se na ně obecně také
pohlíţet jako na techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT.
Aby se zabránilo v tomto dokumentu opakování, doporučuje se vyhledat část 3.1.5 - Systémy
řízení s ohledem na ţivotního prostředí (EMS).
511
7.4.1 Techniky pro dodávku a manipulaci s plynným palivem a kapalnými aditivy
Tab. 7.28: Techniky pro dodávku a manipulaci s plynným palivem a kapalnými aditivy
technika přínos
pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenos
t
přenos
vlivů
prostředí
m
ekonomik
a
poznámky
nová
zařízení
RE-
MO *
vyuţití expanzní
turbiny pro
rekuperaci obsahu
energie ve
stlačených plynech
dopravovaných
plynovým
potrubím
účinnější
vyuţití
energie
moţná moţná Velká ţádný není
k dispozic
i
předehřev topného
plynu vyuţitím
obsahu energie
ze spalin
pravidelné kontroly
zařízení pro
dodávku plynu a
potrubního vedení
sníţení
rizika
nebezpečí
ohně
izolace povrchu se
systémy
odvodňování
(včetně odlučovačů
oleje k zamezení
kontaminace vody
a půdy způsobené
mazacím olejem)
prevence
před
kontamina
cí půdy a
spodní
vody
moţná moţná velká ţádný náklady
na úpravu
odpadní
vody
zachycená
drenáţní
voda se
musí
upravit
v usazovac
í nádrţi
v případě SCR,
skladování čpavku
jako vodného
roztoku
vyšší
bezpečnos
t
moţná moţná velká menší
riziko neţ
při
skladování
stlačeného
kapalného
čpavku
není k
dispozici
* RE-MO= zařízení k rekonstrukci a modernizaci; SCR=selektivní katalytická redukce;
512
7.4.2 Techniky ke zvýšení účinnosti kotlů a turbin na plynné palivo
Tab. 7.29: Techniky ke zvýšení účinnosti plynových kotlů a turbin
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
spalovací cyklus
kogenerace tepla a
elektřiny (CHP)
zvýšená
účinnost
(vyuţití
paliva)
moţná omezená velká
předehřev topného
plynu vyuţitím
odpadního tepla
účinnější
vyuţití
energie
moţná moţná velká ţádné není
k dispozici
vyuţití moderních
materiálů odolných k
vysokým provozním
teplotám a tedy zvýšení
účinnosti parní turbiny
zvýšená
účinnost
moţná není
moţná
v praxi
pouţito u
nových
zařízení
ţádné není
k dispozici
vyuţití
moderních
materiálů
umoţňuje
vyšší tlaky a
teploty
dvojí přihřívání zvýšená
účinnost
moţná není
moţná
v praxi
uplatněno
hlavně u
nových
zařízení
ţádné není
k dispozici
regenerační ohřev
napájecí vody
zvýšená
účinnost
moţná moţná
někdy
ţádné není
k dispozici
moderní regulace
podmínek spalování
počitačem za sníţení
emisí a zvýšení výkonu
kotle
zvýšená
účinnost
kotle
moţná moţná velká ţádné specifické
pro zařízení
akumulace tepla
(tepelné zásobníky)
moţná moţná není
k dispozici
zvýšení
energie
vyrobené
v CHP
zařízení
předehřev spalovacího
vzduchu
zvýšená
účinnost
moţná moţná velká ţádné není k
dispozici
je-li při
předehřevu
teplota vyšší
neţ 150ºC,
mohou se
zvýšit emise
NOx
Plynové (spalovací) turbiny moderní regulace
plynové turbiny a dále
zařazených spalino-
vých kotlů počitačem
zvýšená
účinnost
kotlů
moţná moţná velká ţádný specifické
pro zařízení
vyuţití moderních
materiálů odolných
k vysokým provozním
teplotám a tlakům a
tím zvýšení účinnosti
plynových turbin
zvýšená
účinnost
moţná není
moţná
pouţito u
nových
zařízení
ţádný není
k dispozici
vyuţití
moderních
materiálů
umoţňuje
vyšší tlaky a
teploty
513
7.4.3 Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a CO
Tab. 7.30: Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a CO
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-
MO *
kotle na plyn
nízký přebytek
vzduchu
sníţení NOx
CO, zvýšení
účinnosti
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
recirkulace
spalin
sníţení NOx moţná moţná velká specifické
pro zařízení
nízkoemisní
hořáky pro kotle
spalující plyn
sníţení NOx moţná moţná velká starší zařízení by
mohla mít u moder-
ních nízkoemisních
hořáků problémy
s délkou plamene
selektivní
katalytická
redukce (SCR)
sníţení NOx moţná moţná velká únik čpavku specifické
pro zařízení
Plynové (spalovací) turbiny přímá injektáţ
páry
sníţení NOx - moţná velká
přímá injektáţ
vody
sníţení NOx - moţná velká tab.7.2
nízkoemisní
technologie
(DLN)
sníţení NOx standard závisí
na
specif.
plyn.
turbině
velká tab.7.2 dnes jsou téměř
všechna nová průmys-
lová zařízení plyno-
vých turbin vybavena
systémy DLN.
V případech, kdy je
moţná rekonstrukce
staré plynové turbiny,
mohou být náklady
velmi vysoké a to aţ
50 % nákladů na
novou turbinu
selektivní
katalytická.
redukce (SCR)
sníţení
NOx
moţná moţná velká únik
čpavku
tab.7.2 závisí na specifické
situaci
katalyzátor
oxidace CO
sníţení CO
(konverze
na CO2)
moţná moţná velká závisí na specifické
situaci
katalytické
spalování
sníţení
NOx
moţná - ţádná ţádný únik
čpavku
tab.7.2 technologie spalová-
ní s katalyzátorem
je slibná, v USA se
začíná komerčně
vyuţívat. Informace
od výrobců neplynou
obvykle z vyuţití
zařízení v praxi.
Odhadují se velmi
nízké emise NOx
5-6mg /Nm3
514
Tab. 7.31:Techniky pro prevenci a sniţování emisí NOx a CO
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
stacionární plynové motory selektivní
katalytická
redukce
(SCR)
sníţení NOx moţná moţná velká únik
čpavku
specifické
pro zařízení
koncepce
chudého
spalování
sníţení NOx moţná není
moţná
velká záţehové motory
s chudým spalováním a
motory na dvojí palivo
v reţimu plynu jsou často
vybaveny oxidačním
katalyzátorem hlavně
k odstranění CO. Emise
NMVOC ze záţehových
motorů s chudým
spalováním a z motorů
na dvojí palivo v reţimu
plynu jsou závislé na
sloţení zemního plynu
RE-MO= zařízení k rekonstrukci a modernizaci ; NMVOC= nemetanové těkavé organické látky;
7.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody
Tab.7.32: Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
Regenerace demineralizačních a kondenzačního zařízení
neutralizace a
sedimentace
niţší výtok
odpadní vody
moţná moţná velká kal nutno
odvodnit a
zneškodnit
specifické
pro zařízení
Louţení, vyplavování
neutralizace jen v případě
alkálií z provozu
velká specifické
pro zařízení
Vymývání kotlů, plynových turbin, ohřívačů vzduchu a sráţecího zařízení
neutralizace a provoz
v uzavřeném okruhu
nebo záměna za suché
metody čištění tam, kde
je to technicky moţné
niţší výtok
odpadní vody
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
Splachování povrchu sedimentace nebo
chemická úprava a
opětné interní vyuţití
niţší výtok
odpadní vody
moţná moţná velká specifické pro
zařízení
515
7.4.5 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro zařízení na plovoucích
plošinách
Tab. 7.33: Techniky zvaţované při určování BAT pro zařízení na plovoucích plošinách
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO *
kogenerace
tepla a
elektřiny
(CHP)
zvýšená
účinnost
moţná omezená omezená spojená výroba tepla
a elektřiny je vhodná
i pro zařízení na
plovoucích plošinách
ale je třeba zváţit
dostatek prostoru a
váhu
centralizace
elektřiny pro
více oblastí
nebo plošin
lepší vyuţití
zařízení k výro-
bě elektrické
energie i niţší
emise
velmi závisí na
specifickém místě
plovoucích plošin a
na ropné oblasti
omezená významné
investiční
náklady
více informací viz
příklad 7.2.4.2
optimalizace
spotřeby
energie u
zařízení
při menší
spotřebě
energie jsou i
niţší emise
moţná moţná velká
modelování
parametrů
optimalizace
provozu
turbiny a tak i
sníţené emise
moţná moţná velká
přímá
injektáţ páry
sníţení NOx moţná moţná voda musí mít aspoň
kvalitu vysokotlaké
napájecí kotelní vody
a taková kvalita i
mnoţství není běţně
u plovoucích zařízení
k dispozici
přímá
injektáţ vody
sníţení NOx moţná moţná
nízkoemisní
plynová
turbina
sníţení NOx moţná moţná
PEMS
(systém
monitorování
emisních
parametrů)
lepší
monitorování
emisí
moţná moţná velká
Chengův
systém parní
injektáţe
sníţení emisí
NOx zároveň
se zvýšením
účinnosti
* REMO= zařízení vhodná k modernizaci a rekonstrukci
516
Tab.7.33 (pokračování): Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT u zařízení na
plovoucích plošinách
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
REMO*
nízkoemisní
spalovací
komora DLN
sníţení
NOx
standardní
technika
pro nové
plynové
turbiny
moţná k
dispozici jako
soustava pro
modernizaci
určitých typů
turbin
DLN se
ještě příliš
často u
plynových
turbin na
plovoucí
plošině
neuţívá
techniky DLN se
častěji montují na
zařízení s mechanic-
kým pohonem. Je to
proto, ţe 44 %
plynových turbin k
výrobě elektřiny na
plovoucích ploši-
nách je typem na
dvojí palivo.
S turbinami, u
kterých se spojují
vlastnosti předběţně
namíchané chudé
směsi s rysy
kapalného paliva se
ještě nezískaly v této
oblasti ţádné
zkušenosti a proto se
takové turbiny ještě
nevyuţívají
koncepce
chudého
spalování
sníţení
NOx
moţná není moţná velká
selektivní
katalytická
redukce
(SCR)
sníţení
NOx
strhávání
čpavku
specifické
pro zařízení
tato technika se ještě
neuplatnila a
v současné době se
s ní zejména u
spalovacích zařízení
na plovoucích
plošinách nepočítá
s ohledem na prostor
a hmotnost
a také problémy
zdraví a bezpečnosti
při manipulaci a
skladování čpavku
Chengův
cyklus parní
injektáţe
sníţení
NOx
zároveň se
zvýšením
účinnosti
moţná
517
7.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spalování plynných paliv
Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě
tohoto dokumentu a zejména k 5. části předmluvy: „ Jak pochopit a pouţít tento dokument“ .
Techniky a s nimi spojené emise a /nebo úrovně spotřeb, nebo rozmezí úrovní, které se
předkládají v této kapitole, se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje
následující kroky:
identifikaci klíčových problémů spojených s působením odvětví na ţivotní prostředí, coţ
jsou emise do ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování
odzkoušení technik, které nejlépe řeší tyto klíčové problémy
identifikaci úrovní provozu, který je nejohleduplnější k ţivotnímu prostředí na základě
údajů dostupných v Evropské unii a ve světě
odzkoušení podmínek, za kterých se tyto úrovně provozu dosahovaly; jsou jimi náklady,
přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro zavedení těchto
technik
výběr nejlepších dostupných technik (BAT) a s nimi spojených emisí a /nebo úrovní
spotřeb pro toto odvětví v obecném smyslu vše v souladu s článkem 2, odstavec 11 a
přílohou IV Směrnice 96/61/EC.
Klíčovou úlohu u kaţdého z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají,
hrálo posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající technické pracovní
skupiny.
Na základě takového posouzení se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou
k dispozici (BAT) a pokud moţno i s nimi spojené emise a úroveň spotřeb, které se povaţují
za přiměřené pro odvětví jako celek a v mnohých případech odráţejí současné výkony
některých zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb spojené s
„nejlepšími dostupnými technikami“, je třeba to chápat jako mínění, ţe takové úrovně, které
prokazují působení na ţivotní prostředí, by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění
popsaných technik v tomto odvětví při zohlednění rovnováhy nákladů a výhod, coţ je
nedílnou součástí definice BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní
spotřeby a neměly by se takto chápat. V některých případech můţe být technicky moţné
dosáhnout lepších úrovní a spotřeb, ale se zřetelem k započteným nákladům nebo opatřením,
která se týkají přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého, je nelze povaţovat za vhodné
BAT pro odvětví jako celek. Takové úrovně lze však povaţovat za oprávněné ve
specifičtějších případech, kde je k tomu speciální motivace.
Na úrovně emisí a spotřeb spojených s pouţitím BAT je třeba pohlíţet zároveň se
zohledněním specifických podmínek daného místa ( např. při zprůměrování hodnot za určité
dané období).
Pojem „ úroveň spojená s BAT“ popsaný výše je třeba odlišovat od termínu „ dosaţitelná
úroveň“, pouţívaný kdekoliv v tomto dokumentu. Tam, kde je úroveň popsána jako
„dosaţitelná“ při pouţití určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako
názor, ţe lze očekávat, ţe se dané úrovně dosáhne za určité podstatné období při dobře
udrţovaném a provozovaném zařízení, nebo postupu, kdy se pouţívá těchto technik.
518
Tam, kde jsou k dispozici údaje o nákladech, uvádějí se společně s popisem technik, které
byly předloţeny v předchozích kapitolách. Ty představují hrubé údaje o velikosti započtených
nákladů. Ale skutečné náklady na uplatněné techniky budou velmi záviset na specifické
situaci zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení.
V tomto dokumentu není moţné vyhodnotit do důsledku takové místně specifické faktory.
Pokud nebudou údaje týkající se nákladů k dispozici, budou závěry o ekonomické
realizovatelnosti odvozeny ze sledování u stávajících zařízení.
Záměrem je, aby se obecné BAT v této kapitole staly referenční základnou, proti které se
posoudí současný výkon stávajícího zařízení, nebo porovná návrh na zařízení nové. Tímto
způsobem budou napomáhat při určování vhodných podmínek zaloţených na BAT pro
zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavec 8.
Předpokládá se, ţe nová zařízení lze projektovat tak, aby se provozovala na stejných úrovních
jako obecné BAT, které se zde překládají, nebo dokonce ještě na lepších.
Uvaţuje se o tom, ţe stávající zařízení by mohla postupem času dosáhnout úrovní obecných
BAT nebo lepších, coţ je v kaţdém případě předmětem technických i ekonomických
moţností.
Přestoţe dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, povaţují se za zdroj informací
pro nasměrování průmyslu, členských států a veřejnosti na hladiny emisí a spotřeb, kterých
lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Pro jakýkoliv specifický případ bude třeba
stanovit přiměřené limitní hodnoty a to se zřetelem k cílům Směrnice IPPC a místním
okolnostem.
Aby se zabránilo v dokumentu opakování, doporučuje se vyhledat BAT o systému řízení
s ohledem na ţivotní prostředí (EMS) v části 3.15.1.
7.5.1 Dodávka a manipulace s plynnými palivy a aditivy
BAT pro prevenci úniků vztahující se k dodávkám a manipulaci s plynnými palivy, ale také
ke skladování a manipulaci s aditivy, jako je čpavek atd. uvádí v souhrnu tabulka 7.34.
Tab. 7.34: BAT pro dodávku a manipulaci s plynnými palivy
materiál vliv na ţivotní
prostředí
BAT
zemní plyn fugitivní emise vyuţití systémů detekce úniků topného plynu a
výstraţného signalizačního zařízení
účinné vyuţití
přírodních zdrojů vyuţití expansních turbin k rekuperaci obsahu
energie ve stlačených spalných plynech
předehřev topného plynu vyuţitím odpadního tepla
z kotle nebo plynové turbiny
čistý kapalný čpavek
( pokud se pouţije)
riziko pro zdraví a
bezpečnost z
pouţití čpavku
při manipulaci a skladování čistého kapalného
čpavku budou mít tlakové zásobníky pro objem >100
m3 dvojité stěny a budou umístěny v podzemí;
zásobníky 100 m3 a méně budou vyrobeny pomocí
procesů tepelných úprav (ţíhání);
z hlediska bezpečnosti je menším rizikem neţ
skladovat a manipulovat s čistým kapalným
čpavkem, pouţít roztok čpavkové vody
519
7.5.2 Tepelná účinnost spalovacích zařízení na plyn
Ke sniţování skleníkových plynů, zejména úniků CO2 ze spalovacích zařízení na plyn, jako
jsou plynové turbiny, plynové motory a plynové kotle, je z dnešního hlediska nejlepší
moţností zvolit takové techniky a provozní opatření, které povedou ke zvýšení tepelné
účinnosti zařízení. Sekundární opatření, tj. záchyt CO2 a zneškodnění, jak se popisuje
v příloze 10.2 tohoto dokumentu, jsou ve velmi ranném stádiu vývoje. Tyto vyvíjené techniky
by mohly být k dispozici v budoucnosti, ale nemohou se ještě povaţovat za BAT.
Na energetickou účinnost se pohlíţí jako na měrné teplo ( příkon energie paliva/ energetický
výkon v rámci elektrárny) a jako na účinnost elektrárny, coţ je zde inverzní hodnota měrného
tepla, tj. procentuelní mnoţství vyrobené energie/ energetický příkon paliva. Energie paliva se
měří jako výhřevnost.
U spalovacích zařízení na plyn jsou technicky nejúčinnějším prostředkem ke zvýšení
energetické účinnosti (vyuţití paliva) systému zásobování energií zařízení kombinovaných
cyklů s plynovou turbinou a kogenerace tepla a elektřiny. Provoz s kombinovaným cyklem a
kogenerace tepla a elektřiny se proto povaţují za prvořadou moţnost volby BAT, tj. kdekoliv
je místní potřeba tepla natolik velká, aby garantovala výstavbu takového systému. Za BAT se
k dosaţení vysokého výkonu kotle při podmínkách dokonalejšího spalování s podporou
sniţování emisí rovněţ povaţuje vyuţití moderního systému řízení počítačem.
Zlepšení účinnosti se také můţe získat předehřevem zemního plynu ještě před jeho zavedením
do spalovacích komor nebo hořáků. Teplo se můţe získat z nízkoteplotních zdrojů, jako jsou
výstupní plyny po ochlazení z ostatních regenerativních procesů.
Energetická zařízení poháněná plynovým motorem jsou vhodná jak pro decentralizovanou
výrobu tepla a elektřiny, tak pro zařízení s vyšším základním zatíţením. BAT jsou spojeny
s celkovými účinnostmi, které při výrobě nízkotlaké páry odpovídají 60 – 70 %. Při přihřívání
(tj. kdyţ obsah kyslíku ve spalinách motoru působí jako hlavní „spalovací vzduch“ do hořáku)
se můţe účinným způsobem vyrobit velké mnoţství nízkotlaké nebo vysokotlaké páry. Při
produkci horké vody ( s výstupní teplotou obyčejně v rozmezí 80 – 120 oC) lze pro reţim
topného plynu za BAT povaţovat celkovou účinnost (vyuţití paliva) aţ 90 %, přestoţe u
zařízení značně závisí na podílu získaného tepla v chladící vodě motoru. Vyuţitím energie
spalin a části energie z chlazení motoru se můţe ovšem dosáhnout teploty horké páry aţ 200 oC. Další výhodou je vysoká tepelná účinnost motorů (tj. nízká spotřeba paliva a následně i
nízké měrné emise CO2). BAT pro elektrickou účinnost (na svorkách alternátoru) se pohybuje
asi v rozmezí 40 – 45 % ( v závislosti na velikosti motoru) a přepočítává se na výhřevnost
paliva.
U stávajících zařízení se.můţe vyuţívat ke zlepšení tepelné účinnosti řada modernizujících
technik k navýšení výkonu. Technická opatření popsaná v části 2.7.8 lze povaţovat za součást
volby BAT ke zvýšení účinnosti stávajících zařízení. Uplatněním technik a opatření ke
zvýšení tepelné účinnosti vyjmenovaných v části 7.4.2, jako je dvojí přihřívání, a vyuţitím
nejmodernějších odolných vysokoteplotních materiálů na plynové turbiny a kotle lze
dosáhnout takových energetických účinností, které odpovídají vyuţití BAT, jaké se uvádějí
v souhrnu tabulky 7.35.
520
Kromě toho je třeba, aby se při zvyšování účinnosti zohlednila také následující opatření:
spalování: minimalizace ztráty vlivem nespálených plynů;
nejvyšší moţný tlak a teplota pracovního média tj. plynu nebo páry;
nejvyšší moţná tlaková ztráta v nízkotlaké koncové části parní turbiny pomocí co nejniţší
moţné teploty chladící vody (chlazení čerstvou vodou) u kotlů a kombinovaných cyklů
s plynovou turbinou;
minimalizace tlakové ztráty spalinami (vyuţití zbytkového tepla nebo zásobování teplem)
minimalizace tepelné ztráty vedením a sáláním pomocí izolace;
minimalizace vlastní spotřeby energie přijetím vhodných opatření (např. u odpařováků,
nebo zvýšení účinnosti u čerpadel napájecí vody, atd.);
přihřívání spalin a nebo napájecí kotelní vody parou;
zlepšení geometrie lopatek turbiny;
U průmyslu se liší názory na účinnost opatření u kombinovaných cyklů s plynovou turbinou,
protoţe navrhovaná opatření zlepší jen minimálně celkovou účinnost kombinovaného cyklu.
Je třeba poznamenat, ţe zlepšení účinnosti plynové turbiny můţe vést ke sníţení účinnosti
parního cyklu. Proto bude zlepšení účinnosti celého cyklu menší, neţ v případě, kdy by se
jednalo o zlepšení účinnosti jen u plynové turbiny. Na základě výše uvedených racionálních
důvodů je názorem zástupců průmyslu, aby se navrhovaná opatření nezařazovala do
konečného návrhu BREF pro velká spalovací zařízení.
Tab. 7.35: Účinnost spalovacích zařízení na plyn spojená s pouţitím BAT (za ISO podmínek)
typ zařízení elektrická
účinnost (%)
vyuţití paliva
(%)
poznámky
nová
zařízení
stávající
zařízení
nová i stávající
zařízení
Plynová turbina
plynová turbina 36 – 40 32- 35 -
Plynový motor
plynový motor 38 - 45 -
plynový motor se
spalinovým kotlem v reţimu
kogeneračního závodu
> 38 > 35 75-85 široké rozmezí hodnot energetické účinnosti
zařízení CHP je značně závislé na specifické.
situaci a místní potřebě elektřiny a tepla
Kotel na plyn
kotel na plyn 40 - 42 38 - 40
Kombinovaný cyklus s plynovou turbinou
kombinovaný cyklus
s přitápěním nebo bez něho
(spalinový kotel) jen
k výrobě elektřiny
54 - 58 50 - 54
kombinovaný cyklus bez
přitápění (spalinového kotle)
v reţimu kogeneračního
závodu
<38 <35 75 - 85 široké rozmezí elektrické a tepelné účinnosti
zařízení CHP značně závisí na specifické
místní potřebě elektřiny a tepla; při provozu
CCGT v reţimu CHP zahrnuje energetická
účinnost mnoţství elektrické účinnosti a
měla by se vţdy sledovat společně tak, aby
se dosáhlo co nejlepší celkové účinnosti
exergie
kombinovaný cyklus
s přitápěním v reţimu
zařízení CHP
< 40 <35 75 - 85
CHP: kombinovaný cyklus s výrobou elektřiny a tepla (kogenerace)
CCGT: kombinovaný cyklus s plynovou turbinou
521
Je třeba počítat s tím, ţe tyto úrovně BAT nelze dosáhnout za všech provozních podmínek.
Energetická účinnost je nejlepším případem projektového návrhu zařízení. Skutečné
energetické účinnosti v průběhu provozní doby zařízení mohou být také niţší vlivem změn,
například změn v zatíţení během provozu, při změně paliva atd.. Účinnost energie také závisí
na chladícím systému elektrárny a na spotřebě energie v systému čištění spalin. Je také třeba
připustit, ţe vysoká účinnost systémů s plynovou turbinou můţe působit problémy, jakými
jsou vibrace a krátkodobě vyšší hodnoty emisí NOx.
7.5.3 Emise prachu a SO2 ze spalovacích zařízení na plyn
U spalovacího zařízení na plyn, kde se pouţívá jako paliva zemního plynu, jsou emise prachu
a SO2 velmi nízké. Při pouţití zemního plynu jako paliva jsou emise prachu značně pod 5
mg/Nm3 a emise SO2 jsou výrazně pod 10 mg/Nm
3, (při 15 % O2), aniţ by se uplatnila
jakákoliv přídavná technická opatření.
Pokud se pouţívají jako palivo jiné průmyslové plyny jako např. plyn z rafinérie nebo
vysokopecní plyn, je třeba vyuţít předběţné úpravy čištění plynu (jako jsou např. tkaninové
filtry), coţ se povaţuje za BAT, aby se sníţil obsah prachu a mnoţství SO2 ve spalinách,
neboť jinak by mohlo dojít k poškození plynových turbin nebo motorů. Jak se uvádí v BREF
o rafineriích, musí BAT omezit obsah H2S v čištěném plynu na 20 – 150 mg/Nm3, coţ vede
k emisím 5 aţ 20 mg SO2/Nm3. Takový plyn netvoří emise pevných částic. V případě rafinerií
zemního plynu lze také získat informace v BREF o ropě a plynu z rafinerie.
7.5.4 Emise NOx a CO ze spalovacích zařízení na plyn
Obecně se povaţuje za BAT u plynových turbin, plynových motorů a kotlů na plyn redukce
oxidů dusíku (NOx). Sloučeniny dusíku, kterých se to týká, jsou oxid dusnatý (NO) a oxid
dusičitý (NO2), společně nazývané jako oxidy dusíku (NOx).
U nových plynových turbin jsou BAT nízkoemisní hořáky (DLN) s předběţnou přípravou
spalovací směsi. Většina stávajících plynových turbin můţe přejít na nízkoemisní techniku
(DLN) s předběţnou přípravou směsi pro hořáky, ale někdy můţe být lepším řešením
vstřikování vody nebo páry. To je třeba rozhodnout případ od případu.
Několik plynových turbin a plynových motorů provozovaných v Evropě, Japonsku a USA
také vyuţívá ke sniţování emisí NOx selektivní katalytickou redukci. Vedle techniky
předběţné přípravy směsi pro hořáky DLN a injektáţe vody nebo páry se můţe za součást
závěrů o BAT povaţovat selektivní katalytická redukce. U nových plynových turbin lze na
hořáky DLN pohlíţet jako na standardní techniku, takţe uplatňování přídavného systému
SCR není obecně nutné. Při dalším sniţování NOx lze s SCR počítat tam, kde místní normy
kvality ovzduší vyţadují další sníţení emisí NOx oproti hladinám uvedeným v tabulce 7.37
(např. u provozu v hustě obydlených městských oblastech). Ve výčtu tabulky 7.37 se
neuvádějí záloţní zdroje.
Pro stávající plynové turbiny je BAT injektáţ vody a páry nebo přechod na techniku DLN.
Plynové turbiny s projektem beze změny spalování, ale s vyššími vstupními teplotami, mají
vyšší účinnosti a vyšší hodnoty emisí NOx. V této souvislosti je třeba poznamenat, ţe měrné
emise NOx za hodinu jsou i při vyšší účinnosti stále ještě niţší.
522
Zavedení systému SCR (selektivní katalytické redukce) do kombinovaného cyklu s plynovou
turbinou je sice u stávajících zařízení technicky proveditelné, ale uţ ekonomicky nevýhodné.
Dochází k tomu tehdy, kdyţ se potřebný prostor pro rekuperaci tepla ve spalinovém kotli
nezačlení jiţ do projektu a není proto k dispozici.
Zástupci průmyslu vyjádřili odlišný názor, kdyţ prohlásili, ţe v případě kombinovaných
cyklů se musí provést úpravy související se spalinovým kotlem, coţ znamená demontáţ a
rekonstrukci, aby se umoţnilo zařadit SCR. To zvýší jiţ tak vysoké investiční náklady na
SCR. Kromě toho jsou náklady na provoz a údrţbu SCR poměrně vysoké, protoţe SCR není
pro stávající kombinované cykly investičně výhodná. Zástupci průmyslu také prohlásili, ţe
v případě jednoduchých cyklů plynových turbin nejsou náklady efektivní protoţe:
a) se musí plyny úplně zchladit a to vyţaduje přídavný chladič ke sníţení teploty plynu na
takovou úroveň, aby se umoţnil provoz SCR. Tento chladič zvýší jiţ tak vysoké investiční
náklady i provozní náklady
b) jednoduché cykly parních turbin v Evropě jsou zařízení špičkového zatíţení, která se
pouţívají pouze jako záloţní zdroje.
Vysoké investiční i provozní náklady i náklady na údrţbu znamenají, ţe je zavedení SCR u
plynových turbin ekonomicky nerealizovatelné.
U stacionárních zařízení s motory na plyn je postup s chudým spalováním analogický
nízkoemisním technikám pouţívaným u plynových turbin a povaţuje se za BAT. Je to
zabudovaná technologie a ţádná zvláštní činidla nebo voda se nemusí do místa redukce NOx
přivádět. Protoţe jsou plynové motory někdy vybaveny SCR, mohou se tyto techniky
povaţovat za součást BAT. Ke sníţení emisí CO je BAT pouţití katalyzátoru oxidace a
související hladiny emisí pro spalování zemního plynu, které uvádí tabulka 7.36. V případě
spalování jiných plynných paliv, jako je bioplyn nebo plyny ze skládek, mohou být emise CO
vlivem určitých pouţitých paliv i vyšší.
Emise nemetanových těkavých organických látek (NMVOC) ze záţehových motorů se
spalováním chudého plynu a z motorů na dvojí palivo v reţimu plynu jsou závislé na sloţení
zemního plynu. V některých případech by mohly být ke sniţování emisí NMVOC potřeba
sekundární techniky a ke sniţení CO zároveň s NMVOC se můţe pouţít i katalyzátor
oxidace. Hodnoty CO se udrţují pod 100 mg/Nm3
při 15 % O2 a hodnoty formaldehydu pod
23 mg/Nm3
(15 % O2) a povaţují se za BAT pro plynové motory vybavené oxidačním
katalyzátorem.
BAT k minimalizaci emisí CO je dokonalé spálení, coţ souvisí s dobrým projektem topeniště,
vyuţitím vysoce výkonné techniky monitorování a techniky řízení procesu a údrţby
spalovacího systému. Vedle spalovacích podmínek bude správně nastavený systém
optimalizace k omezení emisí NOx také udrţovat hladiny CO 100 mg/Nm3. Kromě toho lze
pohlíţet na pouţití oxidačního katalyzátoru jako na BAT, pouţívá-li se u provozů v hustě
obydlených městských oblastech.
Konečné výroky o BAT pro prevenci a redukci emisí NOx a CO a související úrovně emisí
jsou shrnuty do tabulek 7.36 a 7.37. Spaliny z plynových turbin a plynových motorů obsahují
obvykle asi 11 – 16 % obj. O2 a proto úrovně emisí spojené s vyuţitím BAT pro turbiny a
motory jsou postaveny na hladině kyslíku 15 % obj. a na standardních referenčních
podmínkách. Pro kotle spalující plyn se obvykle pouţívá referenční hladiny kyslíku 3 % obj..
523
Úrovně emisí vztaţené k BAT jsou zaloţeny na denním průměru a standardních podmínkách
a představují typický stav zatíţení. Při špičkovém zatíţení, období najíţdění a odstávek, stejně
jako při provozních problémech u systémů čištění spalin se musí sledovat i krátkodobé
maximální hodnoty, které by mohly být i vyšší.
Tab. 7.36: BAT ke sníţení emisí NOx a CO z některých spalovacích zařízení na plyn typ zařízení hladina emisí
vztaţená k BAT
(mg/Nm3)
obsah
kyslíku
(% )
moţnosti volby BAT k dosaţení těchto
hladin
monitoring
NOx CO
Plynové (spalovací) turbiny
nové plynové turbiny 20-50 5-100 15 hořáky DLN s předem připravenou směsí
(standardní vybavení pro nové turbiny
nebo SCR *)
kontinuální
DLN pro stávající
plynové turbiny
20-75 5-100 15 hořáky DLN s předem připravenou směsí
jako modernizační blok (jsou-li k dispozici)
kontinuální
stávající plynové
turbiny
50-90 (1) 30-100 15 Injektáţ vody a páry nebo selektivní
katalytická redukce
kontinuální
Plynové motory
nové plynové motory 20-75(2) 30-100(3) 15 koncepce chudého spalování, seřízeno na
nízké NOx a oxidační katalyzátor pro CO,
nebo SCR a oxidační katalyzátor pro CO
kontinuální
nový plynový motor
se spalinovým kotlem
v reţimu CHP
20-75(2) 30-100(3) 15 koncepce chudého spalování, seřízeno na
nízké NOx a oxidační katalyzátor pro CO,
nebo SCR a oxidační katalyzátor pro CO
kontinuální
CCGT=kombinovaný cyklus s parní turbinou; SCR= selektivní katalytická redukce;
DLN= technologie s nízkými emisemi NOx 1
2
3
2
3
4
Zástupci průmyslu a jednoho členského státu prohlásili, ţe mnoţství vody nebo páry, které lze vstřikovat
u stávající plynové turbiny je omezené. Injektáţ vysokého mnoţství vody nebo páry můţe vést
k poškození sloţek plynové turbiny. Proto se domáhali, aby původní rozmezí emisních úrovní bylo
nahrazeno rozmezím 80 – 120 (mg/Nm3).
Průmysl navrhl, aby tato rozmezí nesouvisela s koncepcí BAT. Uvedeným důvodem bylo, ţe rozmezí
udané jako BAT je stejné jako rozmezí stanovené podle americké koncepce LAER (nejniţší dosaţitelný
podíl emisí). Zástupci průmyslu navrhli koncepci související s kvalitou ţivotního prostředí, která
zohledňuje území města a jeho okolí. To znamená, ţe malá zařízení umístěná v oblastech venkova budou
mít pro BAT mírnější hodnoty neţ velká zařízení v prostředí měst. Ze strany průmyslu bylo dále
navrţeno, aby u záţehových motorů a motorů na dvojí palivo v reţimu plynu představovala hodnota
celkové optimální emise při nejniţší moţné spotřebě paliva a nespálených plynných emisích CO, VOC
atd..
Názor zástupců průmyslu je, ţe z technických důvodů (dopadu sloţení paliva) by mohla být hodnota pro
CO, která by souvisela s koncepcí BAT 110 – 380 mg /Nm3 při 15 % O2
Další představitel průmyslu navrhoval, aby se hodnoty pohybovaly v mezích:
90 – 190 mg /Nm3
100 mg /Nm3
protoţe emisní hodnoty související s BAT pro plynové motory se dají uplatnit pouze při spalování
zemního plynu a ne pro bioplyny, jako je plyn ze skládky nebo z rafinace. Kromě toho tvrdili, ţe by
takové hladiny byly nevýhodou pro konkurenceschopnost takových plynů na trhu.
Jeden zástupce průmyslu navrhoval změnu na jednorázové měření, protoţe kontinuální monitorování
motorových emisí není obvyklou praxí ani u stacionárních motorů s vnitřním spalováním.
524
Tab. 7.37: BAT pro sníţení emisí NOx a CO z některých spalovacích zařízení na plyn
typ zařízení hladina emisí
vztaţená k BAT
(mg/Nm3)
obsah
kyslíku
(% )
moţnosti volby BAT k dosaţení těchto
hladin
monitoring
NOx CO
Kotle na plyn
nové kotle na plyn 50-100 (1) 30-100 3 nízkoemisní hořáky nebo SCR či SNCR kontinuální
stávající kotle na plyn 50-100 (2) 30-100 3 nízkoemisní hořáky nebo SCR či SNCR kontinuální
Kombinovaný cyklus s plynovou turbinou (CCGT)
nový CCGT bez
přitápění
(spalinový kotel )
20-50 5-100 15 hořáky DLN nebo SCR kontinuální
stávající CCGT bez
přitápění
(spalinový kotel)
20-90 (3)
5-100 (5) 15 hořáky DLN nebo injektáţ vody a páry
nebo SCR, pokud se předpokládal jiţ u
spalinového kotle potřebný prostor
kontinuální
nové CCGTs
přitápěním
20-50 30-100 specifický
pro
zařízení
hořáky DLN a nízkoemisní hořáky u
části kotle nebo SCR či SNCR
kontinuální
stávající CCGT s
přitápěním
20-90 (4)
30-100(5) specifický
pro
zařízení
hořáky DLN nebo injektáţ vody a páry a
nízkoemisní hořáky u části kotle nebo
SCR, předpokládal-li se potřebný prostor
jiţ u spalinového kotle, nebo SNCR
kontinuální
1, 2
3
2
4
3,4
5
Zástupci průmyslu prohlásili, ţe rozmezí je třeba změnit takto:
horní mez na 120 mg/Nm3
80 – 120 mg/Nm3
protoţe kotle na plyn jsou závislé na teplotě spalování, typu hořáků, velikosti kotle, vyhřívaném povrchu,
teplotě vzduchu a faktoru zatíţení elektrárny. V případě, ţe je kotel vybaven recyklací spalin je moţné
emise NOx sníţit na hodnotu 100 mg/Nm3. Ale rekonstrukce stávajícího kotle na recyklaci spalin
vyţaduje vysoké (neefektivně vynaloţené) investiční náklady.
Zástupce jednoho z členských států navrhl, aby se u stávajících kotlů na plyn, které se nedávno převedly
z těţkého topného oleje na spalování zemního plynu po celkové úpravě s primárním opatřením ke
sniţování NOx (recirkulace spalin, postupné dávkování paliva a vzduchu) upravily hladiny emisí
související s BAT na 10 – 150 mg/Nm3.
Názorem zástupců průmyslu je, ţe vlivem velkých hořáků na stěnách, které se pouţívají k dospalování ve
spalinových kotlích se mohou emise NOx z plynové turbiny zvýšit na 10 aţ 20 mg/Nm3. Toto zvýšení je
způsobeno vysokými místními teplotami ve vedení těchto hořáků. Proto by měly být úrovně emisí
související s BAT v případě dospalování 80 – 140 mg/Nm3.
Zástupce jednoho členského státu prohlásil, ţe horní meze související s BAT u zařízení kombinovaných
cyklů s plynovou turbinou > 50 MW nemohou být vyšší neţ 80 mg/Nm3 a u zařízení nad 200 MW by
měla být horní mez pod 35 mg/Nm3 protoţe tyto hladiny se uţ ustálily v dotyčném členském státě jako
hodnoty emisních limitů.
Zástupce jednoho členského státu tvrdil, ţe horní mez pro CO u zařízení kombinovaných cyklů s plynovou
turbinou nad 50 MW nemůţe být vyšší neţ 35 mg/Nm3, protoţe tato úroveň byla jiţ v dotyčném členském
státě ustavena jako hodnota emisního limitu
Informace o plynu z rafinerie viz BREF pro rafinerie ropy a plynu. V případě rafinerií zemního plynu
jsou informace rovněţ ve výše uvedeném BREF.
525
7.5.4.1 Znečištění vody
Ve spalovacích zařízeních na plyn se tvoří rozličné proudy odpadní vody (viz kap 1). Všechna
opatření ke sníţení emisí do vody a k zamezení kontaminace vody, která se uvádějí v části
7.4.4 se povaţují za BAT.
Malým mnoţstvím olejem kontaminované vody (při oplachu) se nelze vyhnout, protoţe k nim
v elektrárnách čas od času dochází. Jímky na odlučování oleje jsou obecně dostatečné, aby
zabránily jakémukoliv poškození ţivotního prostředí.
Ostatní techniky pro úpravu odpadní vody popsané v kapitole 3 se mohou obecně také
povaţovat za BAT pro toto odvětví.
7.5.4.2 Odpady ze spalování
Průmysl jiţ věnoval hodně pozornosti vyuţití zbytkových odpadů ze spalování a vedlejších
produktů, namísto aby je ukládal na skládku. Zuţitkování a opětné vyuţití je proto nejlepší
moţnou volbou, která je k dispozici.
7.5.5 BAT pro spalovací zařízení provozovaná na plovoucích plošinách
Závěry o BAT pro sektor plovoucích zařízení zohledňují, ţe spalovací zařízení provozovaná
na plovoucích plošinách se vyuţívají ve sloţitějším a potenciálně nebezpečném prostředí, neţ
jak je tomu u pozemních elektráren. Kromě toho jsou prvořadými otázkami prostor a
hmotnost, coţ vede k mnohem větší hustotě rozmístění pomocného příslušenství k zařízení,
neţ je tomu u obvyklých pozemních montáţí. Mimoto plovoucí plošina zamezuje vzhledem
k prostoru, hmotnosti a bezpečnosti jakékoliv nepřiměřené sloţitosti podmínek provozu. Proto
se pro plovoucí zařízení nepovaţují za BAT ke sníţení emisí NOx takové techniky, jako je
injektáţ vody a páry, které vyţadují úpravnu vzhledem k potřebě vysoce kvalitní vody, nebo
selektivní katalytická redukce navíc se skladováním čpavku.
Obecně se za BAT ke sníţení oxidů dusíku (NOx) u nových plynových turbin provozovaných
na plovoucích plošinách povaţují primární opatření jako jsou hořáky DLN, pokud je tato
technika k dispozici. Související hladina emisí NOx za pouţití hořáků DLN u plynových
turbin je méně neţ 50 mg/Nm3. Protoţe se musí po celou dobu provozu udrţovat stabilní
plamen, nemusí být praktické udrţovat nízké poměry dávkovaného paliva či vzduchu u
postupného spalování při najíţdění a za provozu s částečným zatíţením. Tvorba NOx se
během takového intervalu nesniţuje a tak se výskyt a trvání tohoto období minimalizuje.
Modernizace stávajících plynových turbin na plovoucích plošinách je mnohem draţší neţ u
pozemních turbin vlivem nákladů na práci. Rekonstrukce s vybavením stávajících plynových
turbin na plovoucích plošinách technologií DLN je omezena vyššími náklady a potřebou
prostoru u turbinové soustavy na rozvody nového paliva nebo pro spalovací komory. U turbin
odvozených z leteckých motorů, které se na plovoucích plošinách často pouţívají, je
modernizace na DLN obvykle mnohem sloţitější neţ u průmyslových turbin. Celý úsek
spalování se musí vyměnit a vlivem většího vnějšího průměru sekce spalování s DLN se
posune středová osa plynové turbiny. Pouţitelnost technologie DLN při modernizaci se proto
bude lišit od plošiny k plošině s ohledem na typ turbiny, sloţitost a stáří atd.. Hladina
související s BAT pro stávající zařízení se musí stanovit od jednoho zařízení k druhému.
526
Ke sníţení dopadu plynových turbin na plovoucích plošinách na ţivotní prostředí se za
součást závěrů BAT povaţují následující opatření:
u nových zařízení je to výběr turbin, které mohou dosáhnout jak vysoké tepelné účinnosti,
tak nízkého emisního spektra
vyuţití turbin na dvojí palivo pouze tam, kde to je provozně nezbytné
minimalizace pohotovostní výkonné rezervy
obstarání dodávky topného plynu z horních pater rektifikace při zpracování nafty a plynu,
coţ nabízí minimální rozsah parametrů spalovaného topného plynu, např. výhřevnost atd.
obstarání dodávky topného plynu z horních pater rektifikace při zpracování nafty a plynu,
coţ nabízí minimální koncentrace sirných sloučenin a tím se minimalizuje tvorba SO2
provozování vícefunkčního generátoru nebo soustavy kompresorů s maximálním
zatíţením, coţ minimalizuje znečištění
optimalizace programů údrţby a obnovy
optimalizace a údrţba vstupních a výstupních systémů způsobem, který udrţuje tlakové
ztráty co nejniţší
optimalizace procesu s minimalizací potřeby mechanické práce a znečištění
vyuţití výstupního tepla z plynové turbiny k účelům ohřevu na plošině
K dispozici jsou moderní naftové motory s vysokotlakou injektáţí paliva a elektronickou
regulací. Kromě toho byla vyvinuta optimalizovaná spalovací komora a dávkování. Tato
technologie můţe vést ke zvýšení úspor paliva, sníţení NOx a dalších plynných emisí a k
omezení kouře, zejména během akcelerace a najetí. Kdekoliv je to moţné, představuje tato
technologie BAT pro minimalizaci emisí SO2 a NOx.
Součástí závěrečných BAT k omezení dopadů pohonných zařízení na plovoucích plošinách na
ţivotní prostředí jsou následující opatření:
z nových motorů se volí naftové, které dosáhnou jak vysoké tepelné účinnosti, tak nízkého
spektra emisí
kde se jako paliva pouţívá procesního plynu, získají se dodávky z horního patra
rektifikačního zpracování, které nabízejí minimální emise např. SO2. U kapalného paliva z
destilace se dává přednost těm druhům, které mají nízký obsah síry
u větších naftových motorů se počítá se spalováním plynu s olejovými záţehovými
hořáky
časová optimalizace vstřikování
provozování vícefunkčního generátoru nebo sady kompresorů se špičkovým zatíţením,
coţ minimalizuje znečištění
optimalizace programů údrţby a renovace
Nízkoemisní hořáky jsou k dispozici pro mnoho ohříváků, kotlů a topenišť spalujících plyn.
To představuje BAT pro minimalizaci NOx, ačkoliv se musí vyhodnotit vliv a záměna paliva
na jeho spotřebu.
Další opatření ke zvýšení energetické účinnosti plovoucích zařízení a tedy sníţení emisí na
jednotku vyuţité energie, jako je uplatnění zařízení s kombinovaným cyklem výroby tepla a
elektřiny, jsou součástí závěrů BAT. Techniky, které napomáhají optimalizovanému vyuţití
takového zařízení a jsou zaloţeny na monitorování provozu, jsou BAT.
527
V tomto případě je základním zařízením plynová turbina a k výpočtu emisí se pouţívá
program na základě předpokladů. Tento program se můţe také pouţít k indikaci obsluhy
plovoucího zařízení pro optimální body provozu u jediného zařízení parní turbiny nebo u
zařízení s více turbinami. Takové systémy neodstraňují potřebu kontrol k dodrţování úrovní
emisí, ale mohou napomáhat obsluze provozovat celý spalovací systém mnohem účinněji.
Další techniky jako je PEMS (systém monitorování emisních ukazatelů), se povaţují za BAT
jak pro nové tak stávající spalovací zařízení provozované na plovoucích plošinách. Systém
nabízí nákladově efektivní řešení monitorování emisních ukazatelů a výpočet emisí. Kromě
toho se můţe také pouţít k optimalizaci procesu spalování a programu údrţby plynových
turbin.
BAT je také centralizace výroby elektřiny pro více těţebních oblastí a případně je nutno
rozhodnout od jedné plošiny ke druhé a od oblasti k oblasti.
528
7.6 Vývojové techniky pro spalování plynných paliv
7.6.1 Katalytické spalování
Katalytické spalování je technologie, která spaluje palivo bez plamene. Tento proces vyvíjí
stejné mnoţství energie jako systémy zaloţené na spalování plamenem, ale při niţší
maximální teplotě. Tato niţší teplota je pod prahem tvorby NOx. Toho se dosáhne při
spalování na povrchu katalyzátoru na bázi paladia. Protoţe je teplotní rozmezí, při kterém je
katalyzátor aktivní, omezené jak spodním, tak i horním teplotním limitem, kdy při nízké
teplotě není dost aktivní a při vysoké dochází k degradaci, obsahuje spalovací proces tři
etapy:
předběţné (startovací) spalování: zabudovaný předřazený hořák zvyšuje teplotu vstupní
směsi plynu se vzduchem na potřebnou hodnotu, kdy se katalyzátor zaktivizuje. To se
uplatňuje hlavně při stavech nízkého zatíţení. V předřazeném hořáku se pouţívá obvykle jen
malý podíl paliva.
katalytické spalování: spalování za katalýzy se uskutečňuje při poměrně nízkých teplotách,
coţ zabraňuje tvorbě NOx. Zde se nespálí veškeré palivo, protoţe by se zvýšila teplota
katalyzátoru příliš a došlo by tak k poškození katalyzátoru.
homogenní spalování: zbytek paliva se spaluje za podmínek chudého paliva. Nedochází
k ţádné nestabilitě plamene, protoţe vstupní teplota v této zóně je jiţ dost vysoká
z předchozího katalytického spalování.
Technologie katalytického spalování, která je velmi slibnou technologií vstupuje právě do
fáze komerčního vyuţití v USA. Informace poskytnuté výrobci se obecně zakládají na
„praktickém předvedení“ zařízení. Katalytické spalování bylo předvedeno pouze v pilotním
měřítku u turbiny o 1,5 MWel.. Ve vývoji je zařízení pro pouţití u plynové turbiny o 170
MWel.. Očekává se, ţe při pouţití této techniky budou hladiny NOx niţší neţ 10 mg/Nm3.
7.6.2 Chlazení parou
Jiným vývojovým stádiem moderní plynové turbiny je vyuţití chlazení parou namísto
chlazení vzduchem. Obvykle se pro chlazení turbinové šachty a lopatek pouţívá vzduchu
odebíraného z kompresoru plynové turbiny. Mnoţství chladícího vzduchu je 20 aţ 25 %
proudícího vzduchu z kompresoru. Odebíraný vzduch se nezavádí do procesu spalování a také
ztrácí tlak, kdyţ proudí úzkými průchody v lopatkách turbiny, coţ působí v provozu plynové
turbiny ztráty účinnosti. Pouţití páry namísto stlačeného vzduchu tyto nevýhody eliminuje.
Chlazení parou je účinnější neţ chlazení vzduchem.
U výše zmíněné turbiny se uplatňuje uzavřený systém chlazení parou. Pára ochlazuje horké
sloţky zařízení jako jsou lopatky turbiny, křídla (teplosměnné nástavby) a přechodové části.
Pouţitá pára se nemíchá s hlavním proudem plynu, který prochází plynovou turbinou ( jako u
otevřeného systému), ale vrací se zpět do parního systému, kde můţe expandovat parní
turbinou jako ohřátá pára. Pára pro chlazení se odebírá z úseku odběru u vysokotlaké parní
turbiny.
529
Pára se přihřívá na vyšší teplotu a potom se mísí s vyhřátou parou ze spalinového kotle a vede
se do vloţené tlakové sekce parní turbiny k další expanzi. Chladící pára neovlivňuje hlavní
proud procházející plynovou turbinou a v zásadě nedochází ke spotřebě vody.
Při pouţití parního chlazení se zvyšuje teplota na vstupu do turbiny, aniţ by nastalo příslušné
zvýšení spalovací teploty. V důsledku toho se získá vyšší účinnost, aniţ by se zvýšily emise
NOx. Chlazení parou namísto vzduchem značně sniţuje odběr vzduchu z kompresoru,
stlačený vzduch a tedy spotřebu elektřiny v kompresoru. To také působí vyšší účinnost
plynové turbiny.
Touto novou technologií chlazení se můţe dosáhnout zvýšení účinnosti kombinovaného cyklu
o 2 % a lze tedy očekávat účinnost 60 %.
7.6.3 Další moţnosti vývoje
Některé další významné moţnosti zlepšení zahrnují:
dokonalejší materiály a chlazení, coţ umoţňuje u turbiny dosáhnout vstupní teploty aţ
1500 oC a to u plynových turbin s rámovou konstrukcí a 1700
oC u plynových turbin
odvozených od turbin leteckých
sníţení mnoţství pouţitého stlačeného vzduchu jakoţto chladícího média
vnější chlazení lopatek (vodou nebo parou)
v budoucnosti běţně pouţívané jednotlivé krystalové lopatky
zlepšení teplotního profilu na vstupu do turbiny. Aniţ by se vyskytla horká místa, můţe se
nastavit obvyklá teplota právě pod teplotním limitem, který je dán typem materiálu /58,
Eurelectric, 2001/
7.6.4 Moţnosti volby rekuperace
Existuje několik alternativ pro rekuperaci tepla ze spalin provozované plynové (spalovací)
turbiny. Tato část popisuje některé z těchto charakteristik.
7.6.4.1 Vloţené chlazení plynové turbiny při rekuperaci
Velká část elektřiny, která se vyrábí pomocí turbiny, je třeba k pohonu kompresoru. Způsob,
jak zlepšit účinnost plynové turbiny je sníţit práci kompresoru chlazením kompresoru
proudem vzduchu. Výkon kompresoru je úměrný objemovému průtoku. Teoreticky poskytne
chlazení po kaţdé etapě komprese největší pokles práce kompresoru, ačkoliv v praxi lze
provést pouze omezený počet etap chlazení.
Pokud je teplota spalin z plynové turbiny vyšší neţ teplota výstupního vzduchu z kompresoru,
je moţné přenést určité teplo ze spalin do výstupního vzduchu z kompresoru. To zlepšuje
účinnost plynové turbiny, protoţe je třeba méně paliva k ohřátí plynu na poţadovanou teplotu
pro vstup do turbiny. Tento druh rekuperace se můţe pouţít hlavně u plynových turbin
s mírným kompresním poměrem nebo u plynových turbin se zabudovaným chlazením
kompresorů.
Projekty, které zařazující jak zabudované chlazení kompresoru tak popsanou rekuperaci,
mohou dosáhnout účinnosti 54 %, která se vztahuje ke vstupní teplotě na vstupu do turbiny
1200 oC /58, Eurelectric, 2001/.
530
7.6.4.2 Cyklus HAT (turbina s vlhčeným vzduchem)
U cyklu turbiny s vlhčeným vzduchem (HAT) umoţňuje zvlhčování stlačeného vzduchu za
kompresorem, aby se teplota stlačeného vzduchu sníţila. U cyklu HAT se veškerý vzduch
nasytí vodní parou za vyuţití odpadního tepla z vestavěných chladičů kompresoru a ze spalin
na výstupu z turbiny. Při tomto cyklu se můţe vyuţít větší mnoţství získaného tepla ze spalin
neţ při postupech s vestavěným chlazením nebo z rekuperace. Potíţí tohoto cyklu je, ţe
standardní plynové turbiny se pro proces nemohou pouţít, protoţe se hmotnostní tok při
průchodu turbinou příliš zvýší vlivem nasycení veškerého kompresorového vzduchu vodou.
Vysoký obsah vodní páry ve spalovacím vzduchu by mohl také vytvořit problémy u hořáků.
Přesto u tohoto postupu působí niţší kompresní poměr vyšší účinnost.
U turbiny se dá dosáhnout asi 53 % účinnosti při teplotě 1200 oC na vstupu do turbiny /58,
Eurelectric, 2001/.
7.6.4.3 Proces TOPHAT
Při procesu TOPHAT se vzduch zvlhčuje na vstupu do kompresoru nástřikem vody.
Teoreticky je injektáţ také moţná po kaţdé etapě chodu kompresoru. To zlepšuje účinnost
plynové turbiny aţ na více neţ 55 %, počítáno pro vstupní teplotu do turbiny 1200 oC, coţ je
nejvyšší hodnota účinnosti jiţ popsaných cyklů. Je moţné další zlepšení cyklu TOPHAT a to
nástřikem vody mezi různými etapami chodu kompresoru. K tomu je třeba, aby se voda
ohřála a stlačila. K ohřevu injektované vody se pouţívá teplo z výstupních spalin /58,
Eurelectric, 2001/.
7.6.4.4 Cyklus CHAT
Cyklus s moderní postupně vlhčenou turbinou pracuje za pouţití nízkotlaké a vysokotlaké
plynové turbiny se samostatnými hřídelemi a obsahuje stávající kompresory a turbiny, coţ
umoţňuje průchod vodou nasyceného zvýšeného hmotnostního toku turbinami. Cyklus
zahrnuje zabudované chlazení mezi jednotlivými kompresory, stejně jako přihřívání spalin
mezi jednotlivými turbinami /58, Eurelectric, 2001/.
533
8 Spalování odpadů a druhotného paliva
Vedle spalování ve speciálně projektovaných a provozovaných spalovnách odpadů, které
spadají pod směrnici 2000/76/EC se mohou odpady, jako je kontaminovaná biomasa a určité
frakce odpadů také spalovat spolu s hlavním palivem v obvyklých spalovacích zařízeních jako
jsou elektrárny, které se zčásti řídí podle směrnice o spalování odpadů a částečně podle
směrnice o velkých spalovacích zařízeních tak, jak se prosadí ve specifickém zákoně
jednotlivých členských států.
Spalování „čistě“ biomasy jak se definuje ve směrnici o velkých spalovacích zařízeních se
popisuje v kapitole 4 tohoto dokumentu. V tomto smyslu se uvádějí odkazy na práci CEN „o
pevných druhotných palivech“, která se právě zpracovává. Tato kapitola se hlavně
soustřeďuje na účinky spoluspalování určitých odpadních materiálů ve velkých spalovacích
zařízeních ( např. na černé nebo hnědé uhlí, rašelinu, dřevo, ve fluidním kotli na černé uhlí).
V současné době jsou motivací ke spoluspalování odpadů ve velkých spalovacích zařízeních
tři hlavní faktory:
legislativa nedovoluje zneškodňování odpadu a odpadu z biomasy se spalným teplem
(např. > 6000 kJ/kg sušiny). Proto vzniká potřeba stanovit alternativní způsoby zpracování
dotyčné frakce odpadů. Spoluspalování je mimo jiné jednou z moţností volby (včetně
např.spalování jednoho paliva, nebo mechanicko-biologické úpravy)
vzhledem k poţadavkům Kyotského protokolu se musí celosvětově sníţit emise
skleníkových plynů. Spoluspalování odpadu z biomasy (a s určitým omezením také
některých frakcí odpadů) je jednou z moţností volby ke sníţení emisí skleníkových plynů
liberalizace trhu s energií je intenzivním ekonomickým nátlakem na výrobce energie.
Spoluspalování odpadu a odpadní biomasy jim otevře nové obchodní moţnosti, coţ udělá
z provozu velkého spalovacího zařízení ekonomicky atraktivnější záleţitost.
V této kapitole se pod termín „ sekundární palivo, čili druhotné palivo“ zařazují všechny
druhy odpadů, které mají dostatečně vysoké spalné teplo, aby se mohly vyuţít jako palivo
(sekundární palivo) a které se mohou spoluspalovat ve velkých spalovacích zařízeních
společně s konvenčními palivy (obyčejně černým a hnědým uhlím, kapalnými palivy atd.) To
se týká materiálů, které jsou v současné době v literatuře známy jako odpady, druhotné
palivo, palivo získané z odpadu nebo palivo získané z odpadní biomasy. Na tomto místě není
záměrem otvírat diskuzi o definici těchto pojmů. Více informací lze nalézt v návrzích CEN.
Některé z těchto materiálů lze také klasifikovat jako nebezpečné, protoţe mohou být
kontaminovány nebezpečnými látkami. Spoluspalování čisté biomasy sleduje definice
biomasy uvedená ve Směrnici EU 2001/80/EC o velkých spalovacích zařízeních a pojednává
se o ní v kapitole 5, kde lze nalézt popis spalování biomasy a rašeliny.
Klíčovými aspekty při spoluspalování sekundárních paliv jsou:
jakost a charakteristické vlastnosti paliva
projekt kotle
manipulace s palivem a přísun do spalovacího zařízení
škvárování nebo spékání v loţi ( fluidní kotel)
zanášení povrchů přenášejících teplo
534
koroze za tepla
vliv na výše emisí oproti emisím, ke kterým dochází při spalování jen konvenčního paliva
vlastnosti popela, odstraňování spodního (loţového) popela
skladování odpadu; moţnosti vyuţití a/nebo zneškodňování pevného odpadu/zbytků ze
spalování
Ve velkých spalovacích zařízeních se mohou spoluspalovat značně rozmanité materiály. Část
8.3 uvádí seznam sekundárních paliv, které se v současné době spoluspalují v zařízeních
velkých spalovacích závodů v EU.
V rámci rozsahu této kapitoly se předpokládá, ţe se sekundární paliva předem upravují, coţ
obvykle znamená, ţe se spalitelná část odděluje od částí nespalitelných. Aby se umoţnilo lépe
pochopit toto téma, odkazuje se na BREFy o odpadech. Tyto dokumenty obsahují informace
týkající se spalování nebo předběţné úpravy odpadů.
Jde zejména o:
úpravu odpadu: Tento BREF popisuje procesy a techniky, které se týkají přetvoření
odpadu tak, aby se mohl pouţít jako palivo při jakémkoliv procesu spalování ( tj. ve
velkém spalovacím zařízení, cementárnách, chemických závodech, procesech výroby
ţeleza a oceli atd.) Mezi tyto způsoby úpravy patří: třídění, drcení, příprava atd.
spalování odpadu ve spalovně: Tento BREF pojednává o spalování ve spalovně a týká se
podobných zařízení jako jsou ta, která spadají pod Směrnici o spalování odpadů
8.1 Praktické procesy a techniky, kterých se pouţívá při spoluspalování
druhotných paliv ve velkých spalovacích zařízeních
Vyuţití druhotného paliva ve velkých spalovacích zařízeních znamená vyuţít určité postupy a
techniky. V této části se popisují techniky, které se k těmto činnostem vztahují. Tam, kde je
třeba, uvádějí se odkazy na další kapitoly a jiné dokumenty BREF.
8.1.1 Schválené a předběţně přijaté postupy
Tyto systémy a postupy se pouţívají proto, aby se zabezpečilo, ţe druhotná paliva (např.
odpady) se podrobí náleţitému technickému posouzení a zajistilo se, ţe budou vhodná
pro navrhované pouţití jakoţto sekundární paliva. Musí se zohlednit ochrana zdraví personálu
a ostatních osob, které by mohly přijít do kontaktu s palivem, které pochází z odpadu.
V BREF o úpravě odpadů lze nalézt rozsáhlé informace o těchto předběţně přijatých a
schválených postupech.
8.1.2 Vykládka, skladování a manipulace
Způsob, jakým se druhotná paliva vykládají, skladují nebo se s nimi manipuluje, závisí na
stavu skupenství a fyzikálních vlastnostech různých materiálů.
Druhotná paliva plynná se běţně přepravují do elektrárny potrubím a přímo se vhánějí do
hořáků bez skladování. Druhy technik, které se u těchto materiálů pouţívají se neliší od těch
pouţívaných pro běţná plynná paliva (viz kapitola 7).
535
Sekundární paliva kapalná se mohou dodávat po lodích, ţeleznicí, na tahačích nebo potrubím
v závislosti na dostupných dopravních systémech v místě, kde se sekundární palivo
připravuje. Kapalné sekundární palivo se můţe skladovat v nádrţích na místě, nebo se přivádí
přímo do kotle.
Skladování a manipulace s pevným sekundárním palivem značně závisí na fyzikálních
vlastnostech sekundárního paliva, například:
suchý kal (granulát) se můţe dodávat lodí, ţeleznicí nebo nákladními vozidly a skladuje
se v zásobnících nebo uzavřených bunkrech, aby se zabránilo fugitivním emisím. Suchý
kal se má spalovat díky jeho hygroskopickým vlastnostem neprodleně.
v zásobnících kalu nebo bunkrech se musí redukovat tvorba metanu pravidelnou výměnou
vzduchu. Vzduch obsahující metan nebo zapáchající sloučeniny se vyuţije jako spalovací
vzduch. Během odstavení kotle se musí zajistit výměna vzduchu a vhodná úprava
odváděného plynu.
zapáchající kal se musí přepravovat v zásobnících a skladovat v uzavřených bunkrech, aby
se předešlo šíření zápachu
mokrý kal se můţe rozprostřít v uhelných dvorech na uhlí, ale musí se uváţit moţné
šíření zápachu a musí se počítat s naředěním v systému úpravy odpadní vody
pokud se týká specielních opatření při skladování a manipulaci s biomasou, odkazuje se
na část 5.1.1
8.1.3 Předběţná úprava sekundárních paliv
Tato část popisuje ty postupy ( např. mletí, zplyňování, pyrolýzu a předběţné spálení), které
se uplatňují při přípravě paliva ke spalování a to jak paliva plynného, kapalného nebo
pevného v podobě prášku. Tato předběţná úprava je nutná, aby se zajistilo odpovídající
spálení v kotli se zřetelem ke krátké době prodlevy paliva v topeništi. Nejpřímější metodou
spoluspalování sekundárního paliva je vytvoření směsi s hlavním palivem.
V dalších odstavcích se popisují následující techniky předběţné úpravy:
mletí
předběţné spálení (naţhavení)
sušení ( více informací je v BREF o úpravě odpadů)
pyrolýza ( více informací je v BREF o spalování odpadů)
zplyňování ( více informaci je v BREF o spalování odpadů)
obohacení metanem (více informací je v BREF o úpravě odpadů)
Je důleţité si povšimnout (viz seznam uvedený výše), ţe některé z těchto technik předběţné
úpravy jsou jiţ popsány v BREF o úpravě odpadu i v BREF o spalování odpadů. Z tohoto
důvodu se do této části nezařadil ţádný další popis.
8.1.3.1 Mletí
Mletí se vyuţívá k úpravě pevných paliv, aby se změnila velikost jejich zrnění tak, aby bylo
vhodné pro pouţití v elektrárně. Například ve fluidních kotlích není obyčejně velikost částic
větší neţ 100 mm a v kotlích spalujících práškové palivo je běţně menší neţ 75 µm.
Informace o druhu mletí pouţívaného pro pevná paliva se zařadilo do části 4.1.3.
536
8.1.3.2 Předběţné spálení
Předspálení ve fluidním loţi za atmosférického tlaku je moţností u materiálu, který nelze
náleţitě spálit v kotlích na práškové uhlí. To se týká zejména paliv, které je těţké rozemlít na
prach, nebo paliv, které obsahují znečištěný popel. Jak uvádějí předchozí kapitoly, je pro
spalování ve fluidním loţi zapotřebí pouze podrcené nebo hrubě mleté palivo. Umletí na
prach se nevyţaduje. Spaliny z fluidního kotle se nevedou do hlavního kotle. Ke spojení
dochází pouze na straně voda/pára.Tyto systémy jsou stejné jako samostatné systémy popsané
v kapitole 4 a části 5.1.3.2. V tomto případě neovlivňuje popel druhotného paliva jakost
popela práškového uhlí.
8.1.3.3 Sušení
Palivo, které je příliš mokré na to, aby se vysušilo v uhelných mlýnech, se musí vysušit před
promícháním s hlavním palivem kdekoliv jinde. Sušení mokrého sekundárního paliva se můţe
uskutečnit v elektrárně nebo v místě, kde palivo vzniká, upravuje se nebo se shromaţďuje.
To značně závisí na místní infrastruktuře a druhu sekundárního paliva. Sušení paliva se
zakládá na fyzikálních a fyzikálně-chemických postupech přenosu hmoty a tepla, čímţ
dochází k odpařování vlhkosti z paliva. Teplo potřebné k odpaření vlhkosti se můţe dodat
prouděním, vedením nebo sáláním. Protoţe sušení není pro velká spalovací zařízení
specifické, v tomto dokumentu se o něm dále nepojednává. Více informací lze nalézt v BREF
o úpravě odpadů.
K dispozici jsou tři druhy sušáren:
konvenční sušárny: zde existuje přímý kontakt mezi ohřívacím médiem a produktem,
který se suší. Proto se tyto sušárny také nazývají jako přímé nebo adiabatické sušárny.
Vlhkost se z paliva odstraňuje ohřívacím médiem
kondukční sušárny: zde neexistuje přímý styk mezi ohřívacím médiem a produktem.
Přenos tepla se děje pomocí ohřívaných povrchů stěn. Vlhkost se odstraňuje nosným
plynem, coţ je asi 10 % mnoţství pouţívané v propojených procesech. Proto se
kondukčním sušárnám dává přednost u prašného a zapáchajícího odpadu.
sálavé sušárny: se pro sušení druhotných paliv nepouţívají
Obvyklými příklady druhotných paliv, které je potřeba vysušovat, jsou kanalizační
(čistírenské) kaly a mrva ( například drůbeţí odpad), s obsahem vlhkosti převyšujícím 50 %.
8.1.3.4 Pyrolýza
Pyrolýza je termochemický proces, při kterém se palivo za vysoké teploty přeměňuje bez
přístupu kyslíku na plynné, kapalné nebo tuhé produkty. Existují dva typy pyrolyzních
pochodů:
rychlé pyrolyzní postupy, při kterých se vsázka rychle ohřeje na provozní teplotu a
pouţívalo se jich k výrobě pyrolyzního oleje nebo specifických sloţek z tohoto oleje
karbonizační pochody, při nichţ se vsázka ohřívá pomalu na pyrolyzní teplotu a získají se
poměrně vysoce pevné produkty
537
Pevný produkt z tohoto postupu ( nazývaný dřevěné uhlí) obsahuje hodně uhlíku a můţe se
s ním zacházet jako s uhlím. Kapalné a pevné materiály, které vznikají, se mohou před
spoluspálením skladovat. Tak se tyto materiály mohou předem upravit nezávisle na provozu
elektrárny. Vznikající plyny se často pouţívají k dodávání tepla potřebného pro endotermický
proces konverze.
Protoţe pyrolýza není pro velká spalovací zařízení specifická, tyto pochody se dále v tomto
dokumentu neprobírají. Více informací lze nalézt v BREF o spalování odpadu.
Pyrolýza se pouţívá při spoluspalování druhotného paliva v elektrárnách spalujících práškové
černé nebo hnědé uhlí, kdyţ se nemůţe toto palivo v uhelném mlýně rozdrtit na poţadované
rozměry.
Příkladem elektrárny, kde se uplatňuje pyrolýza, je zařízení zvané „Contherm“, které bylo
vyvinuto pro spoluspalování paliv pocházejících z odpadu v elektrárně na uhlí s výtavným
kotlem a se jmenovitým tepelným příkonem 769 MWtep.. Pyrolyzní pochod se uskutečňuje ve
dvou rotačních pecích vyhřívaných nepřímo plynem nebo naftovými hořáky, které ohřívají
odpad asi na 550 oC bez přístupu vzduchu. Pyrolyzní plyn se spaluje přímo bez ochlazení
v elektrárně. Odpady z pyrolýzy se třídí a jemná frakce, která obsahuje uhlík se vede do
uhelných mlýnů. Palivo pocházející z odpadu bude obsahovat nařezaný odpad plastů
z různých zdrojů, průmyslový odpad a hrubé zbytky z papírenského průmyslu. Velikost
třísek odpadu nesmí přesáhnout 200 mm. V úpravárenském zařízení se vytřídí asi 7900 t
vratných kovů za rok. Elektrárna je vybavena selektivní katalytickou redukcí (SCR) a
mokrým odsiřováním spalin /98, DFIU, 2001/.
8.1.3.5 Zplyňování
Některé druhy sekundárního paliva obsahují znečišťující látky jako je chlor, alkálie, kovy
(např. hliník, těţké kovy) v takových mnoţstvích, ţe je před spoluspalováním v kotli třeba je
sníţit na odpovídající míru. Atraktivní moţností můţe být zplyňování těchto materiálů. Plyn,
který zplyňováním vzniká se můţe spalovat přímo ve velkém spalovacím zařízení, nebo se
můţe před pouţitím ve velkém spalovacím zařízení nebo plynovou turbinou vyčistit, ale
v současné době není v provozu ţádná plynová turbina na vyčištěný plyn ze zplyňování
Pouţívaná metoda zplyňování se uplatnila v Rakousku, ale jiţ není v provozu; pouţívalo se
tam zplyňovacího zařízení v podobě kotle s cirkulující fluidní vrstvou k výrobě plynu
z biomasy, odpadu a demoličního dřeva. Plyn, který také obsahoval pevné částice z pochodu
zplyňování, vstupoval do kotle prostřednictvím specielně projektovaného hořáku, který
zaručoval rychlý záţeh, stabilní plamen, hluboké proniknutí plamene do uhlí a dobrou
mísitelnost. Kromě toho působil jako dospalovací palivo, tedy sniţoval emise NOx, jejich
převedením na dusík. Tepelný příkon tohoto zařízení byl 10 MW. Asi 15 – 20 % uhlí bylo
nahrazeno biomasou /64, UBA, 2000/.
Obrázky 8.1 a 8.2 poskytují přehledné schema zplyňovacího zařízení v kombinaci s kotlem
na uhlí, které se provozuje ve Finsku. V této elektrárně vstupuje plyn z cirkulujícího fluidního
loţe zplyňovacího zařízení přímo do kotle bez jakéhokoliv dalšího chlazení a čištění.
Zplyňovací zařízení není nic jiného neţ termomechanický mlýn pro přípravu paliva.
538
Obr. 8.1: Zplyňovací zařízení s cirkulujícím fluidním loţem u uhelného kotle
/153, Nieminen a kolektiv 1999/
Zplyňovací zařízení s cirkulujícím fluidním loţem
539
Obr. 8.2: Technologické schema koncepce zplyňovacího zařízení
/153, Nieminen a kolektiv, 1999/
Druhotné palivo (obyčejně nakoupená a místní druhotná paliva, lesní odpady a rozdrcené
pneumatiky) se přepravuje do elektrárny na tahačích a skladuje se v samostatných
zásobovacích halách. Hrubé částice paliva se drtí a jemné se posílají prostřednictvím
pásových dopravníků do zásobovacího sila blízko zplyňovacího zařízení. Po homogenizaci
v tomto zásobníku se směs paliva vede do zplyňovače. Cirkulující fluidní loţe zplyňovacího
zařízení se skládá z ţáruvzdorně vyzděné ocelové nádoby, v níţ se palivo zplyňuje v horké
vířící suspenzi plynných a pevných částic. Směs paliva přechází za atmosférického tlaku a
teploty asi 850 oC na spalitelný plyn. V následně zařazeném cyklonu se hrubé částice z plynu
oddělují a vracejí se zpět do zplyňovacího zařízení.
Vyrobený plyn proudí z tohoto cyklonu do předehřívače vzduchu, ve kterém se vzduch
určený ke zplyňování ohřeje asi na teplotu 650 oC. Horký plyn se spaluje v hlavním kotli
zařízení, kde se spaluje uhlí, při čemţ nahrazuje asi 30 % uhlí. Zplyňovací zařízení se úspěšně
provozuje od ledna 1998 /58, Eurelectric, 2001/.
Jiným příkladem je zařízení na zplyňování v kombinaci s kotlem na uhlí, které se postavilo
v Nizozemí. Jak ukazuje obrázek 8.3, vzniklý plyn se před zavedením do kotle na uhlí ochladí
a vyčistí. Zplyňovací zařízení je projektováno i pro dřevo z demolic. Z technického hlediska
se mohou zplyňovat jiné toky odpadů nebo druhotných paliv. Kapacita zplyňovacího zařízení
je 150 000 t demoličního dřeva za rok, coţ činí asi 5 % náhrady uhlí.
540
Obr. 8.3: Zplyňování dřeva s čištěním plynu /58, Eurelectric, 2001/
Dřevěné štěpky se dodávají do výše uvedené elektrárny lodí a nákladními vozidly a skladují
se v bunkru. Z tohoto bunkru se dřevo přepravuje do zásobních nádob, ze kterých se sypou do
zplyňovacího zařízení. Zplyňovací zařízení s cirkulujícím fluidním loţem se provozuje za
atmosférického tlaku s teplotami 850 oC – 950
oC. Loţe obsahuje písek smísený s vápencem
nebo dolomitem. Plyn ze zplyňovacího zařízení se chladí v plynovém chladiči, ve kterém se
produkuje přehřátá středotlaká pára. Popílek se z plynu odděluje ve filtru a můţe se částečně
vracet do zplyňovače. Bezprašný plyn se dodává do stávajícího kotle prostřednictvím
speciálních hořáků na dřevný plyn /58, Eurelectric, 2001/.
Protoţe zplyňování není pro velké spalovací zařízení specifickou záleţitostí, dále se v tomto
dokumentu nerozvádí. Více informací lze nalézt v BREF o spalování odpadu.
8.1.3.6 Obohacování metanem
Druhotné palivo se můţe také obohatit metanem při anaerobním zrání (bez přístupu vzduchu).
Tyto techniky přeměňují organickou hmotu na plyn (hlavně metan), který lze později pouţít
ve velkém spalovacím zařízení. Protoţe obohacování metanem není specifickou záleţitostí
velkých spalovacích zařízení, dále se v tomto dokumentu tyto pochody nerozpracovávají.
Více informací lze nalézt v BREF o spalování odpadu.
8.1.4 Techniky přísunu druhotných paliv do spalovacího procesu
Kdyţ se druhotná paliva pouţijí při procesu spoluspalování jako palivo, potřebují se do
spalovacího pochodu dostat. K tomu, aby se dosáhlo náleţitého promísení, se pouţívá několik
technik, například se druhotná paliva mohou smíchat dohromady s hlavním palivem během
manipulace a spalovat společně.
541
Existují ale také jiné techniky, kdy se druhotná paliva zavádějí do spalovací komory
prostřednictvím různých přívodních linek hlavního paliva.
Všechny tyto typy technik se popisují v této části.
8.1.4.1 Promíchání s hlavním palivem
Nejsnadnější způsob, jak zavést druhotné palivo do spalovacího procesu je smíchat jej
s hlavním palivem. U kotle na černé nebo hnědé uhlí jdou pouţít pro přípravu směsi paliva
následující prostory:
na pásovém dopravníku uhlí
v uhelných bunkrech
u podavačů uhlí
v uhelných mlýnech
na linkách práškového uhlí
V prvních třech případech se druhotné palivo rozprašuje na hlavní palivo (uhlí). Tímto
způsobem dochází k odpovídajícímu promíchání proudů paliv. K tomu dochází dále při mletí
druhotného paliva spolu s hlavním palivem v uhelném mlýně tak, jak znázorňuje obr. 8.4.
Obr. 8.4: Spoluspalování uhlí a kanalizačního (úpravárenského) kalu
/ 112, Ekmann a kolektiv, 1996/
542
Tuto techniku je moţné uplatnit pouze tehdy, kdyţ se obě paliva chovají při mletí více méně
stejně, nebo kdyţ je mnoţství druhotného paliva velmi malé oproti proudu hlavního paliva.
Druhotná paliva, která se drtí na prach odděleně od hlavního paliva se mohou injektovat do
uhelného mlýna nebo do potrubí s práškovým uhlím či mezi uhelným mlýnem a kotlem.
Další druhotná paliva, jako je biomasa, se mohou injektovat do uhelného mlýna společně
s uhlím, přestoţe se nemohou rozemlít na prach. Aby se umoţnilo dokonalé spálení
nesrovnatelně větších částic biomasy, je nutné zabudovat na dno kotle rošt.
Kapalná druhotná paliva se obyčejně vlévají do hlavního kapalného paliva ještě předtím, neţ
se směs pouţije.
8.1.4.2 Samostatné trysky nebo upravené stávající hořáky
Při manipulaci s druhotným palivem, které se nemůţe, nebo není ţádoucí, aby se smíchalo
s hlavním palivem, nebo ke zvýšení procentuelního podílu druhotného paliva jsou zapotřebí
samostatné hořáky nebo upravené stávající hořáky (pro samostatné přivádění druhotného
paliva do hořáků). K tomu dochází, kdyţ má druhotné palivo odlišné fyzikální vlastnosti
(např. viskozitu, velikost zrnění) nebo se stává rizikem pro zdraví (kanalizační kal).
Toho se vyuţívá například u:
plynných paliv nebo toků plynných produktů ze zplyňování, pyrolýzy nebo předběţného
spalování, která se musí spálit s pevným nebo kapalným palivem
kapalných paliv nebo proudů kapalných produktů z pyrolyzních pochodů
práškových pevných paliv
Hořáky se musí specielně navrhnout pro jednotlivé palivo, aby se dosáhlo dobrého záţehu,
stabilního plamene a dostatečného průniku do plamene hlavního paliva v kotli. Pro správné
vyhoření paliva je důleţité umístit hořáky náleţitě vůči hlavním hořákům.
8.1.4.3 Speciální rošty
Pro přívod druhotného paliva se pouţívají speciální pohyblivé rošty na dně kotelní násypky za
prodlouţené doby prodlevy tohoto materiálu v topeništi. Takové systémy obvykle nepotřebují
palivo předem upravit.
Obr. 8.5 ukazuje jak schematický nákres roštů u dna kotle (2x5 MWtep.), tak uhelných hořáků,
kterých se vyuţívá v Rakousku. Biomasa se zavádí do kotle u čelních stran malých roštů,
které dopravují palivo během spalování do středu kotle. Popel z biomasy a spodní popel ze
spalování uhlí s méně neţ 5 % nespáleného uhlíku padá na pás pro odstraňování strusky pod
rošty. Výsledné spalné plyny z roštu unikají přímo do topeniště bez jakýchkoliv tepelných
ztrát.
543
Obr. 8.5: Vnitřní rošty v kotli na práškové uhlí /64, UBA, 2000/
8.1.4.4 Přísun druhotných paliv do kotle s fluidním loţem
Při spoluspalování ve fluidním kotli je jedním z nejzásadnějších kritérií pro správný provoz
náleţitý přísun hlavního a druhotného paliva. Pro správný provoz je rovněţ důleţitá dobrá
kvalita namíchaného paliva a nízké obsahy znečišťujících látek (kovů, skla, atd.).
Pro správný provoz je také velmi důleţitá údrţba zařízení k třídění a drcení. Praktické
problémy nastanou, kdyţ se do kotle po krátké intervaly přivádějí větší mnoţství druhotného
paliva lišícího se jakostí od paliva primárního. To způsobuje výkyvy při spalování a také
ovlivňuje zatíţení kotle. Při spalování ve fluidním loţi můţe docházet k problémům se
spékáním.
U dopravníků můţe rovněţ docházet k určitým provozním problémům například následkem
překáţek způsobených velkými kusy kůry nebo plastů. Těmto problémům je třeba zabránit
náleţitou údrţbou systému drcení.
Druhotné palivo se má patřičně promíchat s hlavním palivem ještě předtím, neţ se přivede do
kotle, nebo má být pro druhotné palivo samostatný zásobovací systém upraven tak, aby se
přísun druhotného paliva mohl, v případě jakýchkoliv problémů, rychle zastavit. Paliva je
třeba promíchat, aby se získala homogenní směs. Pokud se do kotle přivádí velké mnoţství
druhotného paliva s jakostí odlišnou od paliva primárního, můţe docházet k poruchám a
nepříznivě se ovlivní zatíţení kotle.
544
8.1.5 Spoluspalování druhotných paliv
Nejbezprostřednější metodou při spoluspalování druhotného paliva je promísení s palivem
hlavním a spalování směsi ve spalovací komoře kotle, ale to můţe být u elektrárny omezeno
technickými moţnostmi a působením na ţivotní prostředí, coţ souvisí :
s kapacitou pro mletí a sušení ve stávající mlýnici uhlí (pokud se spoluspalované palivo
suší a mele na prach spolu s hlavním palivem)
s přiváděním sekundárního paliva
se stávající projektovanou kapacitou vybavení elektrárny (např. v případě spoluspalování
mokrých paliv dochází k vyššímu průtokovému objemu mokrých spalin)
s faktory spalování sekundárního paliva jako je záţeh, stabilita plamene, teplota plamene,
tvorba NOx a vyhoření, coţ se můţe od hlavního paliva lišit
se struskováním a tvorbou nánosů, coţ je ovlivněno chemickým sloţením popela
(zejména obsahem draslíku, sodíku a síry) a mírou tavení popela
s tepelnými charakteristikami kotle, zejména přenosem tepla sáláním a prouděním
s korozí a erozí součástí kotle (způsobenou obsahem síry a chloru v palivu a provozními
podmínkami při spalování v kotli za redukční atmosféry)
s jakostí a vlastnostmi vedlejších produktů a zbytků ze spalování
s emisemi do ovzduší způsobenými obsahem síry, chloru, těţkých kovů, organických
látek atd. v sekundárním palivu
s emisemi do vody způsobenými obsahem síry, chloru, těţkých kovů, organických látek
atd. v sekundárním palivu
Výše uvedená omezení lze vyřešit omezením spoluspalovaného mnoţství pouze na malý
podíl přidávaného druhotného paliva k palivu hlavnímu nebo náleţitou předběţnou úpravou
druhotného paliva.
8.1.6 Sniţování emisí do ovzduší ze spoluspalování druhotného paliva
Postupy čištění spalin a techniky uplatňované při spoluspalování druhotného paliva se
v zásadě neliší od technik k čištění spalin z pevných, kapalných a plynných paliv, jaké se
popisují v kapitolách 4, 5, 6 a 7. Podle vlastností druhotného paliva, zejména obsahu těţkých
kovů ( jako je Hg), se někdy vyuţívá přídavných opatření, jako je injektáţ aktivního uhlí, jak
se ukazuje na příkladu 8.2.3. Znečišťující látky, jako je SO2, NOx a prach se účinně sniţují
v těch elektrárnách, které se vyprojektovaly a provozují se podle BAT. Vyšší obsah
znečišťujících látek na vstupu do spalovacího systému se můţe vyrovnávat (čistě v rámci
určitých limitů) úpravou systémů čištění spalin, aby nedocházelo k vyšším emisím. To se
projevuje v legislativě skutečností, ţe hodnoty limitů pro tyto znečišťující látky se musí,
pokud se odpad (druhotné palivo) spoluspaluje s palivem hlavním, vypočítat podle určitého
vzorce ( směšovací pravidlo) (viz směrnice 2000/76/EC 6).
Sníţení emisí HCl a HF je v souladu se sniţováním SO2. Vstup chlorovaných sloučenin
provozovatel elektrárny omezuje také proto, aby předešel vysokoteplotní korozi.
___________________________________ 6)
Příloha II směrnice EU 2000/76/EC, která uvádí poţadavky na stanovení hodnot limitů
pro emise do ovzduší při spoluspalování odpadů (spoluspalování druhotného paliva).
545
8.1.7 Úprava odebírané a odpadní vody
Znečištění vody pochází z procesů, jako je mokrá odsiřovací metoda, úprava kouřové vlečky,
mokré odškvárování, skladování a předúprava odpadu ( např. sušení kanalizačního kalu). Pro
odstranění kontaminujících látek z vytvořených proudů vody můţe být zapotřebí vyuţít
neutralizace, sedimentace a fyzikálně-chemické úpravy. Systémy úpravy napájecí vody a
odpadní vody, které se vyuţívají při spoluspalování druhotného paliva se neliší od technik pro
úpravu přiváděné vody a odpadní vody z velkých spalovacích zařízení na plynná, kapalná
nebo pevná paliva, jak se popisují v předchozích kapitolách 4, 5, 6 a 7 /58, Eurelectric, 2001/.
Pokud je to nutné, mohou se v případě vyšších koncentrací znečišťujících látek (např. Cl, F,
Hg) upravit postupy u stávající úpravny odpadní vody
8.1.8 Manipulace s odpadními zbytky ze spalování a s vedlejšími produkty
Manipulace s odpady a vedlejšími produkty ze spalování, jaké se pouţívá u spoluspalování
druhotného paliva se neliší od těch technik manipulace s odpadními zbytky a čištění
vedlejších produktů ze spalování plynných, kapalných a pevných paliv ve velkých
spalovacích zařízeních, jak se popisují v předcházejících kapitolách 4, 5, 6 a 7. Během
spalovacího procesu vzniká spodní (loţový) popel a polétavý popílek.
Elektrárny nejsou vybaveny systémy určenými ke sniţování těţkých kovů a Hg (jako je
mokré vypírání kyselinami a systémy s aktivním uhlím). Proto se emise těchto znečišťujících
látek do ovzduší budou zvyšovat ( podle obsahu na vstupu) a rovněţ i jejich koncentrace
v popílku, sádrovci nebo v jiných pevných odpadních zbytcích z odsiřování spalin. Pokud se
sádrovec/sádra vypere, zvýší se i znečištění vody.
Protoţe vyuţití nebo zneškodnění pevných odpadů ze spalování je důleţitým ekonomickým
faktorem, sledují provozovatelé elektráren jejich kvalitu pečlivě, aby neztratily moţnost jejich
vyuţití (většinou tak, ţe omezují vstup takového odpadu do spalovacího systému). Důleţitými
ukazateli je obsah alkálií, síranů, chloridů, křemičitanů, nespáleného uhlíku a těţkých kovů
(podle specifické situace). Pokud se musí odpad ze spoluspalování ukládat na skládku, musí
se měřit koncentrace např. těţkých kovů a analyzovat sloţení výluhů.
546
8.2 Příklady spoluspalování druhotného paliva
Tato část kapitoly poskytuje řadu příkladů technik a procesů, které se v současné době
uplatňují u různých spalovacích zařízení. Účelem příkladů je ukázat, jak se určité specifické
techniky uplatnily u nových nebo rekonstruovaných zařízení tak, aby se zajistila vysoká
úroveň ochrany ţivotního prostředí jako celku, ale v kaţdém případě při zohlednění
jednotlivých pro dané místo specifických podmínek a potřeb ţivotního prostředí.
Ze shromáţděných informací však není vţdy jasné, zda nebo jak se kaţdá z technik
popsaných v příkladech posuzovala s ohledem na definici BAT uvedenou v článku 2, odstavec
11 Směrnice 96/61/EC a rovněţ s ohledem na seznam opatření přijatých obecně nebo pro
specifické případy, kdy se určily nejlepší dostupné techniky a zohlednily se pravděpodobné
náklady a přínosy opatření a zásad předběţných opatření a prevence a jak se následně
techniky vybíraly a uplatňovaly. Kromě toho nelze zabezpečit, ţe působení na ţivotní
prostředí bude trvalé a bude za všech podmínek provozu pokračovat a po jakou dobu, zda se
nenarazí na nějaké problémy a co znamenají přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého.
Také není vţdy jasné, jaká je motivace pro uplatnění techniky a jaké náklady a přínosy pro
ţivotní prostředí jsou s kaţdým případem spojeny. Proto jsou informace poskytnuté u
následujících příkladů pojaty pouze jako obecné indikace převzaté ze současné
provozované praxe a nemohou se povaţovat za příslušné referenční body.
Techniky, které se uvádějí jako příklady, pocházejí z informací, které poskytli a posoudili
členové Technické pracovní skupiny, jakoţto součást výměny informací o velkých
spalovacích zařízeních.
Příklad 8.2.1: Spoluspalování kanalizačního kalu ve výtavných kotlích spalujících práškové
černé uhlí – analýza toku znečišťujících látek
Postup: V roce 1996 se prováděly experimenty u výtavného kotle, aby se vyhodnotily účinky
spoluspalování teplem vysušeného kanalizačního kalu. Elektrárna pouţitá jako příklad se
skládala ze dvou kotlů, z nichţ větší kotel měl jmenovitý tepelný příkon 382 MW a pouţil se
při experimentech.
Zařízení je vybaveno selektivní katalytickou redukcí pro vysoce prašné uspořádání, po ní
následuje předehřívák vzduchu a elektrostatický odlučovač. Část popílku se zaváděla zpět
z elektrostatického odlučovače (ESP) do kotle. Za odlučovačem následuje zařízení pro
odsiřování spalin, kde se vyuţívá procesu suché rozprašovací absorpce. Nakonec procházejí
spaliny přes tkaninový filtr, kde se zachycují produkty z rozprašovací sušárny.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Spoluspalování kanalizačního kalu sniţuje
spotřebu uhlí a tedy sniţuje i emise fosilního CO2. Při celkové analýze emisí CO2 je také
nutné počítat s tepelným vysoušením a dopravou kanalizačního kalu. Tyto etapy procesu
mohou vést k negativnímu výsledku bilance CO2, která znamená čisté zvýšení CO2.
547
Pouţitelnost: Spoluspalování kanalizačního kalu se s úspěchem uplatnilo u několika kotlů na
práškové uhlí, stejně jako ve spalovacích zařízeních s fluidním loţem. Z technického hlediska
se často sušení omezuje na zařízení uhelných mlýnů.
Zejména v případě černého uhlí nemusí mít uhelné mlýny dostatečný potenciál pro sušení,
protoţe obsah vody v černém uhlí je mnohem niţší neţ u kanalizačního kalu. Pokud se jedná
o zařízení uváděné jako příklad, omezuje se tak v těchto případech spoluspalování často na
kanalizační kal s obsahem více neţ 90 % sušiny.
Provozní údaje: V roce 1996 se spoluspalování uskutečnilo po dobu tří dnů. Během této
doby tvořilo mnoţství kanalizačního kalu s 10 % obsahem vody 12,5 % celkového
hmotnostního vstupu při 5 % energetického příkonu. Aby se porovnalo měření při
spoluspalování, provedlo se stejné měření po dobu tří dnů pouze při spalování samotného
černého uhlí. Všeho všudy se spálilo 371 t kanalizačního kalu ze 7 různých úpravárenských
závodů. Průměrná kvalita kanalizačního kalu a spalovaného uhlí je zachycena v tabulce 8.1.
Tab. 8.1: Průměrná jakost černého uhlí a kanalizačního kalu před a během spoluspalování
spalování
samotného
černého uhlí
spoluspalování schválené hodnoty pro
vyuţití úpravárenského
kalu ke spoluspalování
jednotky černé uhlí
(100 %)
černé uhlí
(95 %)
kanalizační
kal (5 %)
výhřevnost kJ/kg 27135 27594 10200
obsah popela % 11,5 11,3 44,8
obsah vody % 7,5 5,5 10,3
Pb mg/kg 17,4 17,8 57,4 900
Cd mg/kg 0,134 0,129 1,2 10
Cr mg/kg 10,9 10,76 52 900
Cu mg/kg 11,3 11,3 269 800
Ni mg/kg 12,8 12,7 19,1 200
Hg µg/kg 0,064 0,058 0,47 8
Zn mg/kg 34,9 32,8 892 2500
AOX mg/kg - - 444,9 500
PCB mg/kg 0,034 0,057 0,196 1,2
PCDD/PCDF µg/kg - - 0,009 100
Výsledné koncentrace znečišťujících látek ve spalinách při spoluspalování a bez něho ukazuje
tabulka 8.2 ze dvou různých vzorkovacích míst, jedním před odsiřováním spalin a druhým za
tkaninovým filtrem.
548
Tabulka 8.2: Koncentrace znečišťujících látek ve spalinách při spoluspalování a bez něho
jednotky střední hodnoty z 3 denního měření při 5 % O2
měřící bod 12 (surový plyn) měřící bod 13 (čistý plyn)
bez
kanalizačního
kalu
s
kanalizačním
kalem
bez
kanalizačního
kalu
s
kanalizačním
kalem
PCDD/PCDF ng TE/m3 - 0,002 <0,001
PCB ng/m3 - 9,8 8,25
Ccelkový mg/m3
- 0,4 0,6
Benzol mg/m3 - <0,003 <0,003
HCl mg/m3 - 4,5 4,5
HF mg/m3 - <0,02 <0,02
Prach mg/m3 19,9 13,2 1,5 1
Hg mg/m3 0,0093 0,01296 0,00814 0,00861
Cd mg/m3 0,00034 0,00037 <0,00001 <0,00001
Tl mg/m3 0,00008 0,00002 <0,00003 <0,00003
As mg/m3 0,02494 0,01704 0,00006 <0,00003
Pb mg/m3 0,02716 0,02520 0,00003 0,00003
Cu mg/m3 0,01330 0,01429 0,00043 0,00023
Zn mg/m3 0,04252 0,05758 0,00215 0,0014
Mn mg/m3 0,02191 0,01296 0,00201 0,00138
Ni mg/m3 0,00802 0,00479 0,00033 0,00015
Co mg/m3 0,00382 0,00216 0,00005 0,00003
V mg/m3 0,02337 0,00954 0,00137 0,00076
Cr mg/m3 0,00986 0,01117 0,00068 0,00031
Sb mg/m3 0,00097 0,00114 0,00002 <0,00003
Sn mg/m3 <0,00002 0,00007 <0,00002 <0,00002
Kontinuální měření
O2 % obj. 7,2 7,1 7,2 7,1
podíl emisí
síry
% - - 9,0 9,0
prach mg/m3 22,8 8,7 0,8 0,5
NOx mg/m3 - - 185 185
CO mg/m3 - - 17,0 12,7
Následující hlavní zjištění o dalším působení kovů konstatují:
zvýšení emisí do atmosféry nastává pouze u rtuti ( asi 6 %), ačkoliv toto zvýšení není
výrazné, protoţe je přesnost měření nízká
v granulátu vyhrnuté škváry je jen zvýšené mnoţství Cr
Pb, Ni a Hg lze hlavně nalézt v polétavém popílku a produktu suché rozprašovací
absorpce
Cd, Cu a Zn jsou zvýšeny v obou odpadech
549
Tab. 8.3: Jakost odpadů při spoluspalování a bez něho
jednotky granulát odstraněné
škváry
směs vedlejších produktů:
popílek (30%) a produkty ze suché
rozprašovací absorpce (70 %)
pouze uhlí spoluspalování pouze uhlí spoluspalování
Pb mg/kg 34,4 34,6 167 244
Cd mg/kg 0,097 0,126 1,5 3,1
Cr mg/kg 88,3 119 102 96
Cu mg/kg 62,8 135 90 175
Ni mg/kg 75,4 70,5 96 97
Hg mg/kg 0,022 0,015 0,13 0,2
Zn mg/kg 132 298 264 856
PCB mg/kg - - 0,02 0,02
PCDD/F mg/kg - - 0,001 0,003
Jakost výluhu z granulátu odstraněné škváry se nemění, coţ znamená, ţe zatíţení přídavnými
kovy zůstává v samotném granulátu strusky. Zvýšení PCDD/F a PCB na vstupu následkem
spoluspalování nevede ke zvýšení emisí těchto substancí do atmosféry. Oboje se rozruší při
vysokých teplotách okolo 1500 oC. v kotli. Tvorba nových PCDD/F novou syntézou je nízká,
pokud se spaliny rychle zchladí na 130 oC v předehřívači vzduchu a kdyţ bude poměr síry ku
chloru (S/Cl) 7/1. S vysušeným úpravárenským kalem se zcela snadno manipuluje.
K problémům dochází, kdyţ se přidává k uhlí na pásovém dopravníku, protoţe se tvoří prach.
Obecně zkušenost ukázala, ţe vysušený kanalizační kal se má skladovat a přepravovat pouze
v uzavřených systémech.
Ekonomika: protoţe se spalování provádělo pouze po dobu testování, nebyly k dispozici
ţádné ekonomické údaje.
Motivace pro zavedení: Provozovatelé úpraven kanalizačního (úpravárenského) kalu jsou
nuceni hledat nové způsoby, aby získali energii obsaţenou v produkovaném kanalizačním
kalu, protoţe nová legislativa nedovolí od roku 2005 jiţ ţádné zneškodňování a zemědělci
stále více odmítají vyuţívat kalu jako hnojiva. Obecně tyto postupy poskytují realizací
spoluspalování provozovatelům elektráren ekonomicky výhodný způsob provozu.
V uvedeném příkladu se spoluspalování nerealizuje, protoţe příslušné inspekční orgány
poţadovaly dodatečné opatření ke sníţení emisí rtuti do atmosféry. Obvyklý způsob, jak to
udělat (injektáţ koksu, nebo aktivního uhlí) by byl příliš drahý a zhoršila by se jakost
produktu ze suché rozprašovací absorpce.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/
550
Příklad 8.2.2: Spoluspalování kanalizačního kalu v granulačním kotli na černé uhlí –
analýza toku znečišťujících látek
Popis: Příkladem je jednotka, která má jmenovitý tepelný příkon 1933 MW a hrubý
elektrický výkon 760 MWel. V roce 1996 se odzkoušelo spoluspalování tepelně vysušeného
kanalizačního kalu a provozovatel byl od roku 1998 oprávněn spalovat tepelně i mechanicky
vysušený kanalizační kal. Maximální povolený podíl suché hmoty (sušiny) kanalizačního kalu
v celkovém hmotnostním vstupu do kotle je 4 %. To znamená, ţe výsledné roční
spoluspalované mnoţství pak bude 40 000 t sušiny kanalizačního kalu, který pochází asi od
1,82 mil. obyvatel.
Tepelně vysušený kanalizační kal s 85 % sušiny se skladuje v zásobníku o 20 m3 a odtud se
přepravuje do uhelného bunkru o 600 m3, který má dostatečnou zásobu paliva na 1 den.
Mechanicky vysušený kanalizační kal s 30 % obsahem sušiny se skladuje v zásobníku o
objemu 240 m3 s násypkou, ze které se přímo sype do uhelných mlýnů. Tak se s ním můţe
manipulovat pruţněji neţ s tepelně sušeným kalem. Obě násypky jsou vybaveny odsávacím
zařízením a zařízením k následnému čištění, aby se zajistily nízké emise do okolního ovzduší
a nízké koncentrace metanu uvnitř násypných zásobníků. Při vysokých koncentracích metanu
by mohlo bez odsávacích zařízení hrozit vysoké riziko výbuchu. Tvorba metanu můţe nastat
zejména uvnitř násypného zásobníku pro mechanicky sušený kal, protoţe ten má vysoký
obsah vody.
Spoluspalování je omezeno hlavně sušící kapacitou uhelných mlýnů. Pokud má uhlí obsah
vody více neţ 14 %, nemůţe se přidávat ţádný kal, protoţe by se nemohl vysušit. Aţ dosud
nenastávaly u kotle následkem spoluspalování ţádné problémy, které by se týkaly koroze.
Personál byl očkován proti ţloutence a kdyţ pracoval poblíţ skladu kanalizačního kalu, nebo
u přepravy, musel nosit zvláštní oblek a ochrannou masku.
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Spoluspalování kanalizačního kalu sniţuje
spotřebu uhlí a tím se sniţují emise fosilního CO2. Je třeba konstatovat, ţe u celkové analýzy
emisí CO2 je třeba zohlednit tepelné vysoušení a přepravu kalu. Tyto etapy procesu mohou
vést k negativní bilanci a mohou znamenat čisté zvýšení CO2.
Úspora u kanalizačního kalu s průměrným obsahem 57 % sušiny (jak se předpokládalo u
tohoto zařízení) je asi 5800 MJ/t sušiny kanalizačního kalu.
Kromě toho se rozruší toxické organické látky, jako jsou dioxiny a furany.Většina těţkých
kovů se zachytí v popílku nebo ve vedlejších produktech odsiřování spalin.
Pouţitelnost: Spoluspalování kanalizačního kalu se s úspěchem uplatňuje u několika kotlů na
práškové uhlí, stejně jako u spalovacích zařízení s fluidním loţem. Z technického hlediska je
ve stávajících uhelných mlýnech často omezeno moţnostmi sušení. Zejména v případě
černého uhlí nemusí mít uhelné mlýny dostatečné podmínky pro sušení kanalizačního kalu,
protoţe obsah vody v černém uhlí (antracitu) je oproti kanalizačnímu kalu mnohem menší.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Emise těkavých těţkých kovů jako je arsen,
selen a zejména rtuť do atmosféry se mohou následkem spoluspalování kanalizačního kalu
zvýšit. V případě jako příklad pouţitého zařízení ukazuje změnu emisí tabulka 8.4. Ačkoliv se
ţádná výrazná změna u jakýchkoliv emitovaných substancí neprojevuje, nelze vyvozovat
závěry, ţe by kanalizační kal neprodukoval ţádné přídavné emise a je tedy ekvivalentní
černému uhlí.
551
Emise se nemění výrazně, protoţe podíl kanalizačního kalu na celkovém hmotnostním vstupu
nepřesahuje 5 % a výsledná změna v emisích je často natolik malá, aby se dala naměřit.
Zejména v případě rtuti lze tuto skutečnost potvrdit omezenou přesností měřících technik,
které nejsou schopny detekovat malé změny v emisích. Odhaduje se, ţe do atmosféry emituje
asi 45 % rtuti, která vstupuje do tohoto zařízení.
Hlavními místy záchytu těţkých kovů je popílek a vedlejší produkty z odsiřování spalin.
Jejich jakost se vlivem spoluspalování výrazně nemění. Tak se mohou zachovávat obvyklé
způsoby úpravy vedlejších produktů (popílku, kotelního popela, sádrovce). Protoţe obsah
popela je u kanalizačního kalu vyšší, neţ u uhlí a protoţe se hmotnostní tok paliva na vstupu
vlivem spoluspalování zvyšuje, vzrůstá z toho důvodu úměrně i mnoţství popílku.
Provozní údaje: V roce 1996 se během počátečního období testování měřily emise do
ovzduší ze spoluspalování kanalizačního kalu z různých oblastí a porovnávaly se s hodnotami
získanými při spalování samotného černého uhlí. Výsledky se uvádějí v tabulce 8.4. Podíl
kanalizačního kalu ve vstupním hmotnostním toku do kotle se pohyboval mezi 2,2 aţ 4,7 %.
Tab. 8.4: Emise do atmosféry v roce 1996 během 10 týdenní doby testování spoluspalování
čistírenských kalů a spalování samotného černého uhlí.
rozmezí hodnot emisí při
spalování samotného černého
uhlí (mg/Nm3)
rozmezí hodnot emisí při
spoluspalování
úpravárenského kalu
(mg/Nm3)
CO 3-10 4,7-8,5
SO2 80-270 175-270
NOx 150-190 170-180
tuhé částice 5-20 4,6-6,1
HF 1-3,4 1,5-2,5
HCl 0,6-7 0,7-2,3
organický uhlík 1,0 0,3-1,3
Σ Cd, Tl <0,005 1)
<0,005
Hg 0,3-12 µg /Nm3
2) 0,1-13 µg /Nm
3
2)
Σ Sb,As,Pb,Cr, Co, Cu,
Mn, Ni, V, Sn
<0,075 <0,075
PCDD/F <5 pg TE/Nm3 3,3-4,8 pg TE/Nm
3
1) jednotlivé měření v září 1996
2) udává se jako 2 hodinová střední hodnota; koncentrace v plynné fázi byla pro měření
příliš nízká a udává se jen jako koncentrace hmotných částic
U těchto měření se pouţil kanalizační (úpravárenský, čistírenský) kal z pěti různých krajů.
Elementární analýzu kanalizačního kalu ze dvou z těchto úpraven kalu ukazuje tabulka 8.5,
kdeţto koncentrace znečišťujících látek v kalu z 5 úpraven se uvádějí v tabulce 8.6.
552
Tab. 8.5: Elementární analýza kanalizačních kalů ze dvou úpravárenských závodů
elementární analýza
minimální obsah (%) maximální obsah (%)
spalné teplo (MJ/kg) 7,12 8,7
výhřevnost (MJ/kg) 6,31 7,6
uhlík 20,47 24,54
vodík 2,93 3,69
dusík 2,11 3,37
kyslík 15,61 18,0
síra 0,81 0,94
chlor 0,137 0,297
fluor 0,0449 0,0755
popel 50,61 55,67
Tab. 8.6: Rozmezí koncentrací znečišťujících látek v kanalizačních kalech z různých úpraven
kalů během období testování
limitní hodnoty pro
spoluspalování
(mg/kg sušiny)
koncentrace v čistírenských kalech při
spoluspalování
minimální
(mg/kg sušiny)
maximální
(mg/kg sušiny)
Pb 900 74,8 119
Cd 10 0,97 3,4
Cr 900 63 560
Cu 800 231 758
Ni 200 23,1 75
Hg 8 0,398 1,6
Zn 2500 892 1600
PCB 0,2 0,08 0,187
PCDD/F 100 ng TE/kg sušiny 21 ng TE/kg sušiny 71 ng TE/kg sušiny
AOX * 500 164 1240
* = sloučeniny adsorbovatelných organických halogenů
V ţádném vedlejším produktu (popelu, sádrovci, odpadní vodě) se nenaměřily nijak
významné koncentrace dioxinů/furanů. Zvýšení obsahu těţkých kovů ve vedlejších
produktech bylo nevýrazné a jakost vedlejších produktů se ve skutečnosti nezměnila, tudíţ se
kotelní popel, popílek a sádrovec mohly vyuţít obvyklým způsobem.
Asi 99 % těţkých kovů (vyjma rtuti) lze nalézt v popílku nebo ve vedlejších produktech
z mokrého odsiřování spalin. Asi 55 % rtuti se také tímto způsobem zachytilo. Zbývajících
45 % emitovalo do ovzduší.
Ekonomika: U závodu pouţitého jako příklad nejsou k dispozici ţádné specifické údaje.
Úplné náklady na spoluspalování úpravárenského kalu, který obsahuje 30 – 92,5 % sušiny se
odhadují na 46 – 52 EUR / t.
553
Motivace pro zavedení: Provozovatelé úpraven kalu jsou nuceni hledat nové způsoby úpravy
produkovaného kanalizačního kalu, protoţe nová legislativa jiţ od roku 2005 nedovolí
jakékoliv další zneškodňování a zemědělci stále více odmítají vyuţít kal jako hnojiva. Tyto
projekty poskytují provozovatelům elektráren metodu spoluspalování, která je ekonomicky
efektivní.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/; /154 Maier a kolektiv, 1999/; /155, Buck Triebel,
2000/; /157, Rentz , 2000 /.
Příklad 8.2.3: Spoluspalování kanalizačního kalu ve fluidním loži spalovacího zařízení na
hnědé uhlí se snižováním emisí rtuti
Popis: Zmíněný kotel s cirkulujícím fluidním loţem (obr. 8.6) má jmenovitý tepelný příkon
275 MW a při spalování hnědého uhlí vyrábí hlavně páru. Po určitých počátečních testech se
spoluspalováním kanalizačního kalu se muselo namontovat zařízení ke sniţování emisí rtuti,
aby se umoţnil kontinuální provoz. Z tohoto důvodu bylo vedení spalin vybaveno zařízením,
které můţe injektovat do spalin prach hnědouhelného koksu (vyrobeného při procesu
v martinské peci) dýzou. Po 20 metrech se znečištěný sorbent zachytí v elektrostatickém
odlučovači. V podobně osazených proudových reaktorech se naadsorbovaný koks oddělí ze
spalin v tkaninových filtrech. V tomto případě se tkaninový filtr nepouţil a koks se oddělil ve
stávajícím elektrostatickém odlučovači spolu s pevnými částicemi. Mnoţství kanalizačního
kalu se můţe na celkovém jmenovitém tepelném příkonu podílet aţ 4 %.
Obr. 8.6: Injektáţ aktivního uhlí do kouřovodu z fluidního kotle s cirkulujícím loţem při
spoluspalování kanalizačního kalu /75, Hein a kolektiv, 2000/.
554
Dosaţené přínosy pro ţivotní prostředí: Energetické vyuţití čistírenského kalu sniţuje
spotřebu hnědého uhlí. Sniţuje se tedy spotřeba přírodních zdrojů, stejně jako emise fosilního
CO2. Emise rtuti do atmosféry se redukčním zařízením sniţují aţ o 85 %, při čemţ výsledné
emise jsou mnohem niţší neţ legislativou dané hodnoty emisního limitu.
Pouţitelnost: Spoluspalování kanalizačního kalu v zařízeních s cirkulujícím fluidním loţem
se ukázalo být technicky realizovatelné, pokud podíl na jmenovitém tepelném příkonu
nepřekročí 5 %. Emise do ovzduší se buď nemění ( např. SO2, NOx), nebo se mohou zvýšit
jen nepatrně (např. emise těţkých kovů, dioxinů, furanů). Téměř 100 % netěkavých kovů lze
nalézt v popílku. Problém můţe nastat pouze se rtutí. Injektáţ hnědouhelného koksu dýzou u
zmiňovaného závodu je velmi známou redukční technikou u spaloven odpadů ke sniţování
těţkých kovů, dioxinů a furanů. Tento proces čištění spalin omezuje pouze teplota, protoţe
existuje teplotní limit 170 oC, který se nemá překročit.
Přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého: Sniţování emisí rtuti spotřebuje asi 70 – 80
kg hnědouhelného koksu za hodinu. Znečištěný koks se odstraňuje ze spalin společně
s popílkem a musí se zneškodňovat. Obsah rtuti v popílku se vlivem znečištěného
hnědouhelného koksu zvyšuje od 1 mg Hg/kg popílku do 2,7 mg Hg/ kg popílku.
Provozní údaje: Koncentrace rtuti ve spalinách při spoluspalování kanalizačního kalu bez
redukce emisí byla asi 0,025 mg/Nm3. Injektáţ hnědouhelného koksu v mnoţství 80 kg/hod
sníţila emise o 75 aţ 85 %, tj. asi na 0,004 mg/Nm3. Téměř stejné účinnosti odloučení by se
mohlo dosáhnout s podílem injektáţe 50 kg/hod a této hodnoty se dosáhlo pouze 2 hodiny od
počátku injektáţe. To znamená, ţe je třeba určitého času, aby se uvnitř elektrostatického
odlučovače vytvořil aktivní mrak koksového prachu a rtuť se účinně odloučila. Přívod
hnědého uhlí při plném zatíţení činí aţ 77 t/hod, přívod kanalizačního kalu činí aţ 25 t/hod.
Charakteristiky obou paliv uvádí tabulka 8.7
Tab. 8.7: Charakteristiky hnědého uhlí a kanalizačního kalu obsah vody
(%)
obsah popela
(%)
obsah rtuti
(mg/kg sušiny)
hnědé uhlí 52,5 1,75 0,09
kanalizační kal 73,2 12,6 1,33
Vyluhovatelnost popílku se vlivem přídavku hnědouhelného koksu nemění. Tak zůstanou
těţké kovy vázány na hnědouhelný koks.
Ekonomika: Přesné hodnoty vyplývající z injektáţe hnědouhelného koksu nejsou známy.
Ale náklady na injektáţ hnědouhelného koksu lze porovnat s těmi u proudového reaktoru.
Investice na uváděnou techniku budou daleko niţší neţ na proudový reaktor, protoţe osazení
je jednodušší a navíc není třeba ţádný tkaninový filtr.
Motivace pro zavedení: Motivací pro spoluspalování byl potenciální ekonomický přínos
protoţe od roku 2005 není povoleno kanalizační kaly jiţ dále zneškodňovat a alternativní
spalování kanalizačního kalu ve spalovnách odpadů nebo ve speciálních spalovacích
zařízeních je nákladné. Injektáţ hnědouhelného koksu se zavedla, aby se dosáhlo souladu
s legislativou předepsanými hodnotami emisních limitů.
Odkaz na literaturu: /98, DFIU, 2001/; /75, Hein a kolektiv, 2000/; /158, Wirling a kolektiv,
2000/; /159, Thomé-Kozminsky, 1998/; /160, Rentz a kolektiv, 1996/.
555
8.3 Současná spotřeba a úroveň emisí při spoluspalování druhotného paliva ve
velkých spalovacích zařízeních
8.3.1 Přehled druhotných paliv spoluspalovaných ve velkých spalovacích zařízeních
Spoluspalování druhotného paliva ovlivňuje účinnost zařízení, emise do ovzduší a vody a
působí také na jakost odpadů ze spalování a vedlejších produktů.
Velikost dopadu je dána mimochodem vlastnostmi druhotného paliva, které se liší od paliva
hlavního. Hlavní fyzikální a chemické vlastnosti, které určují jakost paliva jsou:
výhřevnost
obsah popela
obsah vody
těkavé látky
chemické sloţení ( zvláště obsah C, H, O, N, S, Al, K, Na, P, Cl, F, rovněţ Hg a ostatních
kovů)
Hlavní druhy sekundárních paliv, které se pouţívají ke spoluspalování ve velkých spalovacích
zařízeních ukazuje tabulka 8.8 a nejdůleţitější z nich na tomto seznamu jsou kanalizační kaly
a biomasa/dřevo.
Tab. 8.8: Typy druhotných paliv, které se spoluspalují ve velkých spalovacích zařízeních
Typ druhotného paliva příklady druhotného paliva
(vedlejší) produkty ţivočišného původu ţivočišné potraviny, lůj, maso a kostní
moučka,chlévská mrva a drůbeţí exkrementy
chemikálie organické kyseliny a kapalná rozpouštědla,
fosforový pecní plyn
komunální odpad odpadní papír, obalový materiál, plasty, paliva
pocházející z odpadu
olejové materiály dehet, odpadní olej
paliva získaná úpravou paliva pocházející z různých vysoce výhřevných
odpadních frakcí
kal kanalizační, papírenský ( kaly z odstraňování
tiskařské černi a odbarvování, biokaly a kaly
primární)
pneumatiky rozdrcené pneumatiky ze šrédru
rostlinného původu energetické plodiny jako vrba;zbytky ze
zemědělství jako sláma, obilniny, tráva z
kultivace krajiny
dřevo odřezky dřeva, dřevo z demolic, odpadní dřevo,
lesní odpad, dřevěné třísky,
pelety/brikety z biomasy
Paliva pocházející z odpadu jsou hlavně pevné látky nebo kapaliny s výrazným mnoţstvím
popela. Z tohoto důvodu je spoluspalování více nebo méně omezeno na kotle spalující uhlí.
Některé z těchto materiálů lze klasifikovat jako nebezpečné, protoţe mohou být
kontaminovány nebezpečnými látkami.
556
Tab. 8.9 aţ tab. 8.11 uvádějí také některé příklady druhotných paliv, které se pouţívají
v uhelných elektrárnách. Také ukazují určité příklady sloţení různých druhů sekundárního
paliva, kterého se pouţívá ve velkých spalovacích zařízeních. Více informací lze nalézt v
návrzích CEN. V této souvislosti se také odkazuje na tabulky 4.32 a 4.33 uvedené v kapitole
4, které se týkají spalování černého a hnědého uhlí.
Tab. 8.9 Příklady sloţení uhlí (černé/hnědé uhlí) a kanalizačních kalů /64, UBA, 2000/
ukazatel jednotka rozmezí
(hnědé a černé uhlí)
kanalizační kal;
(komunální - průmyslový)
obsah vody % hm. 3-60 65-75
spalné teplo Hu MJ/kg sušiny 7-38 9-12
obsah popela % hm. 3-17 40-60
těkavé látky % hm. 17-60 13-47
vázaný C % hm. 19 1
C % hm. 60-80 33-50
H % hm. 3-9 4-7
N % hm. 0,5-2 2-3
S % hm. 0,5-3 0,5-2
Cl mg/kg sušiny 200-300 500-3000
F mg/kg sušiny 16-20 100-350
As mg/kg sušiny 0,4-18 4-9,2
B mg/kg sušiny není k dispozici 30-55
Ba mg/kg sušiny není k dispozici 300-500
Be mg/kg sušiny 0,1 0,9-2
Pb mg/kg sušiny 0,4-50 15-412
Cd mg/kg sušiny 0,02-5 4-6,5
Co mg/kg sušiny 0,6-21 2-13,4
Cr mg/kg sušiny 1,4-39,1 40-108,6
Cu mg/kg sušiny 1-33 30-434
K mg/kg sušiny není k dispozici 1500-2300
Mn mg/kg sušiny 88-160 210-1000
Na mg/kg sušiny není k dispozici 1100-4400
Ni mg/kg sušiny 1,6-40,5 30-57
Hg mg/kg sušiny 0,1-0,3 0,2-4,5
Se mg/kg sušiny není k dispozici < 5
Sb mg/kg sušiny 1-5 2,4-8,5
Th mg/kg sušiny 0,1-0,3 1,2-2
V mg/kg sušiny 1-105 9-35,4
Sn mg/kg sušiny 4 10-100
Zn mg/kg sušiny 5-60 420-1600
AOX mg/kg sušiny není k dispozici 350
Protoţe mají druhotná dřevná paliva jako je odpadní dřevo, dřevo z demolic ( s ochrannou
konzervací nebo bez ní) a zbytky z lepených desek různý původ, mohou se znečišťující
látky a míra kontaminace značně lišit.
557
Tabulka 8.10 ukazuje rozdíly ve znečištění a kontaminaci různých dřevných odpadů,
uvedených jako příklady, kdy některé z nich obsahují dřevo upravované konzervací
(například dřevo z demolic).
Tab. 8.10: Příklady sloţení různých druhů dřevného odpadu vyuţívaného ve velkých
spalovacích zařízeních /75, Hein a kolektiv, 2000/
prvek jednotky odpadní dřevo
A
odpadní dřevo
B
odpadní dřevo
C
demoliční dřevo
N mg/kg n.d. 7600 7300 2400
S mg/kg 1000 < 20 5500 1700
chloridy mg/kg 2000 200 320 1184
fluoridy mg/kg 120 3 50 88
Cd mg/kg 10 1 n.d. 4,1
Hg mg/kg 1 < 0,5 n.d. 1,5
As mg/kg 2 1 n.d. 4
Co mg/kg 2 n.d. n.d. 4,1
Cu mg/kg 1000 16 23 1388
Cr mg/kg 120 19 32 48
Mn mg/kg 100 n.d. n.d. n.d.
Ni mg/kg 20 4 5 15,8
Pb mg/kg 1000 140 510 762
Sb mg/kg 10 n.d. n.d. 11,8
Zn mg/kg 20 12 n.d. 23,5
Pozn. : n.d.= není k dispozici
Tab. 8.11: Odchylky znečištění u různých druhotných palivových směsí dřeva
/64, UBA, 2000 /
substance jednotka kůra třísky z
modřínu
kůra+třísky
+ vysušený
kanalizační
kal
kůra+třísky
+ dřevo
z demolic
kůra +
třísky
+plasty
kůra+desky+plast
z rekuperace
elektronického
šrotu
uhlík % 49,78 51,01 47,06 48,69 50,64 50,43
vodík % 5,41 6,10 5,59 5,77 5,73 5,75
kyslík % 36,98 42,28 30,06 36,17 36,85 34,95
dusík % 0,45 0,21 2,82 1,48 0,70 1,42
síracelk. % 0,04 0,02 0,40 0,12 0,05 0,09
popel % 7,34 0,38 14,07 7,77 6,03 7,37
hořlavina % 92,66 99,62 85,93 92,23 93,97 92,63
prchavá
hořlavina
% 69,06 83,04 66,70 72,71 71,39 70,56
Ho kJ/kg 19658 20380 19111 19601 20112 20351
Hu kJ/kg 18478 19050 17891 18343 18862 19097
chloridy % Cl 0,000 0,000 0,112 0,035 0,071 0,135
fluoridy % F 0,000 0,000 0,012 0,003 0,004 0,004
558
8.3.2 Mnoţství druhotného paliva spoluspalovaného ve velkém spalovacím zařízení
Tab.8.12 ukazuje některé zkušenosti se spoluspalováním druhotného paliva v uhelných
elektrárnách. Hlavní část těchto zkušeností se týká spoluspalování méně neţ 10 % základního
paliva. Odkazy na vyšší spoluspalované podíly se týkají fluidních kotlů nebo spoluspalování
samostatně rozdrceného dřeva v práškových kotlích na uhlí. Shromáţdilo se značné mnoţství
demonstračních příkladů s kanalizačními kaly a třískami dřeva. Tabulka 8.12 obsahuje
přehled elektráren, kde se spoluspalují druhotná paliva. Například ve Finsku se v současnosti
spoluspaluje asi 400 000 t ze zdroje, odkud odpad pochází /rok asi ve 40 kotlích, při čemţ
podíl odpadního paliva bývá 5 – 30 % hlavního paliva.
Získané palivo se spoluspaluje nejčastěji ve fluidních kotlích, kde je hlavním palivem
rašelina, uhlí nebo palivové dřevo. Hlavními sloţkami odpadního paliva je papír a desky,
určité známé plastové materiály a paliva pocházející z odpadu. V této zemi jsou podle
národních norem předepsány pro spoluspalované palivo pocházejících z odpadu kategorie
jakostí a metody řízení jakosti.
Tab. 8.12: Zkušenosti se spoluspalováním u některých velkých spalovacích zařízení v
členských státech EU a v USA /58, Eurelectric, 2001/
země/
výkon
MWel
druhotné
palivo
podíl na hlavním
spoluspalovaném
palivu (%)
manipulace se
spoluspalovaným
palivem
poznámky
Rakousko 124 biomasa
(kůra)
3 kotel má dva vzduchem
chlazené kupředu
posuvné rošty na dně
kotle
v provozu od 1994-
podrobnosti
viz část 8.1.4.3
137 biomasa 3 zplyňování, plynové
hořáky a dospalování
Zplyňovaná biomasa je palivo
k dospalování.
V provozu od 1997
Dánsko 77,5 sláma 50 spalování ve fluidním
loţi
závod určený ke spalování
směsi uhlí a slámy
125 dřevěné
piliny
20; zvláštní hořáky na
dřevo
dřevěné piliny se spalují
dvěma hořáky se speciální
úpravou. Nezaznamenaly se
ţádné negativní účinky a lze
očekávat vyšší procentuální
podíl spoluspalovaného
materiálu. Emise NOx se
sníţily o 35 % a jakost popílku
zůstala dobrá
Německo 170 kanal. kal 11
195 kanal. kal 3,5
235 kanal. kal 3,5
280 pelety
biomasy
max. 10 % hm. samostatná továrna na
dřevo, hořáky na dřevo
biomasa se podrtí v kladivo-
vých mlýnech a kotel má u
dna rošt
382 kanal. kal 5
565 kanal. kal 0
805 kanal. kal < 0,5
913 kanal. kal 1
930 kanal. kal 5
1074 kanal. kal 1,5
1280 kanal. kal 0,07
1933 kanal. kal 1,1
559
pokračování tabulky 8.12:
země/
výkon
MWel
druhotné
palivo
podíl na hlavním
spoluspalovaném
palivu (%)
manipulace se
spoluspalovaným
palivem
poznámky
Finsko 40
kotlů
REF, RDF,
vytříděný
komunální
odpad
Itálie 320
MWel.
RDF * mele se společně s
uhlím
RDF se získá z pevných
komunálních odpadů
mletím, magnetickou
separací kovového materiálu,
tříděním v bubnu a
rozdělením na samostatné
organické frakce a inerty
48
MWtep.
RDF * 10-15 % jen u
zařízení s 33 MWtep.
dvě řešení:
1) rozdrcené s uhlím
2) dodáváno z linky
spoluspalování vykázalo
vyšší nespálený podíl
Nizozemí
403 fosforný
plyn z pece
kal
3% zvláštní plynové hořáky
rozemletý s uhlím
v provozu od 1996
několik testů velkého
rozsahu
518 tekuté
organické
zbytky
1 % v provozu od 1995
518 pelety
z biomasy
5 % drcené s uhlím v provozu od 1998
600 odpadní
dřevo
3 % odděleně drcené,
hořáky na dřevo
v provozu od 1995
600 odpadní
dřevo
5 % zplyňování s čištěním
plynu, plynové hořáky
uvedený do provozu v roce
2000
630 sušené
kanalizační
kaly
3 % drcené s uhlím několik testů velkého
rozsahu
645 papírový
kal
max. 10 % hm. rozdrcený s uhlím v provozu od 1997
USA dřevo
(vrbové)
max. 10 % hm. zvláštní mlýny na
dřevo, hořáky na dřevo
dřevo max. 5% hm. drcené s uhlím
2x25 dřevo /RDF
50 / 15 spalování ve fluidním
loţi ve vznosu
54 dřevo max. 40 % krátká zkouška, podpůrný
hořák na zemní plyn
100 dřevo
(piliny,
odřezky)
max. 13,5 % hm. rozsáhlý test, zvýšený
přebytek vzduchu, sníţené
teploty páry
350 palivo ze
zbytkového
odpadu
6 %
560 odpadní
dřevo
5% cyklonové spalovací zařízení
(spalování ve víru)
Vysvětlivky:
* REF= rekuperované palivo (palivo získané úpravou)
* RDF=palivo pocházející z odpadu
560
8.3.3 Všeobecné účinky spoluspalování druhotného paliva
Manipulace a zejména spalování druhotného paliva můţe vést ke komplikacím v souvislosti s
výší emisí, účinností zařízení a rovněţ mnoţstvím a jakostí odpadů, vedlejších produktů a
odpadní vodou. Tyto účinky ovlivňuje charakteristika druhotného paliva, zejména s ohledem
na jeho:
toxicitu ( také patogenní mikroorganismy)
riziko výbuchu ( plynná paliva a exploze prachu)
hořlavost ( kapalná paliva)
obsah vody v palivu
spontánní vznícení (biomasa)
zápach
tekutost ( u kalů a pevných materiálů)
drtitelnost
Tyto aspekty je třeba brát v úvahu, kdyţ se palivo vybírá, aby se umoţnilo náleţité a
bezpečné spoluspálení druhotného paliva.
8.3.4 Dopady spoluspalování na účinnost zařízení
Spaluje-li kotel směs paliva, pak je třeba stanovit účinnost přechodu energetických příkonů
jednotlivých toků paliva do energetického výkonu elektrárny. To znamená, ţe při určování
vlivu spoluspalování na účinnost zařízení se musí zohlednit i konverze druhotného paliva do
energetického výkonu, stejně jako vliv spoluspalování na konverzi hlavního paliva.
Účinnost přeměny odpadu na energii ovlivňuje:
obsah vody v palivu
reaktivnost paliva
drtitelnost paliva
účinnost potřebných procesů předběţné úpravy před spalováním
potřebný prostor pro vykládku, manipulaci a předběţnou úpravu paliva
výhřevnost
popelnatost
Spoluspalování druhotného paliva můţe ovlivňovat přeměnu hlavního paliva na energetický
výkon následujícími způsoby:
můţe být potřeba přebytek vzduchu, aby se zajistilo patřičné spálení
teplotou a proudem spalných plynů v kotli, která se můţe měnit
můţe dojít ke zvýšení nespáleného uhlíku v polétavém popílku
mohou se měnit teploty páry
můţe se ovlivnit účinnost, suší-li se druhotné palivo v místě potřeby nebo mimo něj
561
Typické příklady účinnosti konverze druhotného paliva na elektřinu při porovnání s účinností
hlavního paliva podává tabulka 8.13.
Tabulka 8.13: Příklady určitých dopadů spoluspalování na účinnost velkého spalovacího
zařízení
vzorové případy změny účinnosti poznámky
vliv spoluspalování
dřeva
v ročním průměru se
nahradilo asi 4-5 % uhlí
rozdrceným dřevem Tato
kapacita se zakládá na
dostupnosti dřeva spíše neţ
na kapacitě kotle pro
spoluspalování. Vyšší obsah
vody v palivu má jen
nepatrný vliv na účinnost, i
kdyţ je niţší výhřevnost
paliva
dřevěné třísky s maximální velikostí 3 cm se
přepravují do elektrárny v kontejnerech a
skladují se v prostoru, který má kapacitu pro
jednodenní spoluspalování dřeva. Po vyloţení
kontejnerů se dřevo přepravuje pásovým
dopravníkem do kladivového mlýna. Jemné
částice se odvádějí do sběrače prachu; hrubé
částice se skladují v zásobnících na jeden den.
Dřevěné třísky z těchto zásobníků jdou do
dvou mlýnů, kde se dřevo rozdrtí na prach o
specifických velikostech částic (90 % pod 800
m). Dřevný prach se spolu se dřevem
rozdrceným v kladivových mlýnech přepravuje
do zásobníků poblíţ kotle. Dávkovací systém
přivádí dřevo do hořáků dřeva, které jsou
umístěny pod uhelnými hořáky.
vliv spoluspalování
kanalizačního kalu a
mrvy; popis, jak
ovlivňuje sušení
druhotného paliva
účinnost
kromě toho bude vysoký
obsah vlhkosti v palivu
nepříznivě ovlivňovat výkon
kotle
palivo, které je příliš mokré, neţ aby se usušilo
v uhelném mlýně, se musí před mícháním
směsi s hlavním palivem sušit. Typickými
příklady druhotného paliva, které se musí sušit
jsou kanalizační kaly a mrva ( např. odpady
z drůbeţárny) s obsahem vlhkosti převyšujícím
50 %. Kapacita uhelného mlýna pro sušení
můţe být příliš nízká na to, aby se tato paliva
usušila dostatečně.
8.3.5 Vliv spoluspalování na výkon zařízení
Nehledě na moţný vliv na účinnost zařízení způsobený vlhkostí nebo popelnatostí, můţe
spoluspalování ovlivňovat rovněţ výkon zařízení. To můţe vést ke sníţení jmenovitého
zatíţení nebo rychlosti regulace zatíţení energetického zařízení, způsobené omezením
kapacity sloţek. Např. kapacita ventilátorů k indukovanému odtahu spalin můţe omezit
spoluspalování mokrých paliv. Výkon zařízení (a pouţitelnost) můţe také ovlivnit koroze
(následkem obsahu síry a chloru v palivu), eroze, škvárování nebo inkrustace (vlivem obsahu
alkálií v popelu) v kotli. Předejít poklesu výkonu zařízení napomáhá, kdyţ se velké spalovací
zařízení dovybaví předběţnou úpravou nebo předběţnou konverzí paliva, nebo se omezí
mnoţství druhotného paliva ke spoluspalování.
Dopady na účinnost zařízení a jeho výkon se zvyšují tím více, čím více se druhotné palivo
odlišuje od původně projektovaného paliva pro kotel.
562
Následující seznam líčí několik způsobů, jimiţ můţe spoluspalování druhotného paliva
ovlivnit výkon velkého spalovacího zařízení:
stávající projektovanou kapacitou zařízení elektrárny (např. při vyšším průtoku mokrých
spalin ze spalování mokrých paliv
takovými faktory spalování druhotného paliva jako je záţeh, stabilita plamene, teplota
plamene, tvorba NOx a vyhoření paliva, coţ se můţe lišit od hlavního paliva
škvárováním a nánosy vlivem chemického sloţení popela ( zejména obsahem draslíku,
sodíku a síry) a způsobem tavení popela
tepelnou charakteristikou kotle, zejména při předávání tepla sáláním a konvekcí
korozí a erozí kotelních součástí působením solí ( sloučenin síry a chloru v palivu a
provozními podmínkami při spalování v kotli, např. za redukční atmosféry)
jakostí a vlastnostmi vedlejších produktů a odpadních zbytků ze spalování
emisemi do ovzduší způsobenými sírou, chlorem, těţkými kovy, organickými látkami atd.
obsaţenými v druhotném palivu
emisemi do vody způsobenými sírou, chlorem, těţkými kovy, organickými látkami atd.
obsaţenými v druhotném palivu
dopady na jednotky čištění spalin vlivem změn ve sloţení spalného plynu (zejména
deaktivací katalyzátorů DENOX vlivem alkálií, As, P nebo F; zvýšeným odlučováním
popílku v elektrostatických odlučovačích, účinky na odsiřování spalin)
emisemi do ovzduší a vody z předběţné úpravy odpadů (např. při sušení kanalizačního
kalu)
Tabulka 8.14 ukazuje některé příklady nejvýznamnějších dopadů spoluspalování druhotného
paliva na výkon velkých spalovacích zařízení.
Tab. 8.14: Dopady způsobené druhotným palivem při spoluspalování ve velkém spalovacím
zařízení
druhotné palivo poznámky dopady na výkon
potraviny
ţivočišného původu
vliv na výhřevnost problémy v druhotném palivu působí fosfor,
chlor a alkalické kovy
maso a kostní
moučka
vliv fosforu tvořícího fosforečnan vápenatý,
který tvoří nánosy. Dalším problémem jsou
alkalické kovy (sodík, draslík) a chlor.
lůj pouţívá se obvykle jako
náhrada topného oleje
můţe obsahovat více neţ 0,05 % fosforu a
vytvářet problémy
8.3.6 Dopady spoluspalování na emise do ovzduší
Chemické vlastnosti spoluspalovaného druhotného paliva jsou zásadními určujícími faktory
emisí do ovzduší. Zvýšené koncentrace prvků v druhotném palivu, jako je např. rtuť oproti
koncentracím takových prvků v černém nebo hnědém uhlí se odpovídajícím způsobem projeví
i ve vyšších emisích z komína. Opatření ke sniţování emisí do ovzduší mohou vyrovnat
rozdíly v emisích, které nejspíš vznikají při spoluspalování navíc.
563
8.3.6.1 Tuhé znečišťující látky
Emise prachu z komína se mohou při spoluspalování změnit vlivem různých fyzikálních
vlastností a nového chemického sloţení popela, coţ můţe zejména ovlivňovat výkonnost
elektrostatického odlučovače. Ale pevná suchá paliva, která mohou uvolňovat velmi jemné
částice, by mohla působit fugitivní emise prachu, zvláště v prostoru manipulace a skladování.
Emise prachu jsou závislé na druhotném palivu zvláště tehdy, upraví-li se výkonnost
elektrostatického odlučovače podle nového sloţení popela. Tuhé částice jsou přítomny ve
spalinách z řady důvodů. Některé z nich pocházejí z popelu, který je strháván do spalin při
turbulenci ve spalovací komoře. K tomu mají sklon zejména lehká paliva, jako je sláma.
Podobně můţe do spalin proniknout i částečně spálené palivo. Sloučeniny a kovy, jako je
kadmium a zvláště rtuť přecházejí ve spalovací komoře do těkavých par a mohou
kondenzovat na tuhých částicích, kdyţ teplota po spalování klesá. Tento materiál můţe
vytvářet kouřové plyny s částicemi menšími neţ 1 mikron, které můţe být těţké odstranit.
Částice se mohou také tvořit při nepřetrţitém provozu čištění jako je odfuk sazí.
8.3.6.2 Kyselé plyny
Podle typu pouţitého druhotného paliva můţe docházet k vyšším emisím kyselých plynů.
Mezi tyto plyny patří chlorovodík, oxid siřičitý, fluorovodík a oxidy dusíku. Koncentrace
různých sloučenin v druhotném palivu bude určovat výši hladin dotyčných kyselých plynů ve
spalinách i uplatňovaná opatření k jejich omezování.
8.3.6.3 Oxidy uhlíku
Kdyţ se spoluspaluje recyklované druhotné palivo, klesají emise CO2 související s fosilním
palivem. To je jedním z prvořadých záměrů a úspěchu při spoluspalování biomasy.
V důsledku nahrazení primárního fosilního paliva, klesají emise tzv. “fosilního CO2“, kdeţto
CO2 pocházející z biomasy se nebere v úvahu. Sníţení CO2 je obvyklým argumentem
propagace spoluspalování biomasy, dokonce čelí argumentu, ţe se mohou poněkud zvýšit
emise dalších sloţek do ovzduší. Emise oxidu uhelnatého se při spoluspalování výrazně
nezvyšují.
8.3.6.4 Halogeny
Emise halogenů mohou být při vysokém obsahu chloru a/nebo fluoru ve spoluspalovaném
druhotném palivu vyšší. Chloridy a fluoridy se například v obvyklém zařízení pro čištění
spalin u uhelných elektráren zcela nepotlačí. Koncentrace těchto sloţek můţe být oproti
hodnotám emisí vznikajících u spaloven odpadů, vysoká. Kdyţ se pouţije k ohřevu
vyčištěných spalin z odsiřování výměníku tepla na bázi plyn-plyn, jsou vyšší hlavně emise
fluoridů.
8.3.6.5 Oxidy dusíku
Odpad nebo druhotné palivo můţe být pro emise NOx přínosem nebo mít na ně nepříznivý
dopad podle toho, jak je odpad nebo druhotné palivo podobné svými vlastnostmi uhlí, se
kterým se má spalovat. Uhlí s těkavou hořlavinou mohou zvyšovat teplotu plamene a tudíţ se
můţe tvořit více NOx. Druhotné palivo s vyšší procentuální vlhkostí se zaţehuje pomalu při
nízké adiabatické teplotě plamene a tak se tvoří méně NOx.
564
Zařízení s technikami omezujícími NOx se mohou více přizpůsobit druhotným palivům
s vyšším obsahem palivového dusíku.
8.3.6.6 Oxidy síry
Druhotná paliva s mnohem vyššími obsahy síry neţ má hlavní palivo (černé, hnědé uhlí,
rašelina), mohou někdy vyvolat pouze nepříliš vyšší koncentrace ve spalinách, za
předpokladu, ţe se odpovídající mnoţství SO2 ze spalin odstraní. Ale mnohé z těchto
druhotných paliv můţe mít niţší obsah síry neţ palivo primární. V takovém případě mohou
celkové emise sloučenin síry klesnout.
8.3.6.7 Těkavé organické sloučeniny (VOC) a dioxiny
Těkavé organické sloučeniny (VOC) představují ve spalinách nespálené palivo. Spolu-
spalování vede ke zvýšení emisí VOC. Ale emise uhlovodíků, VOC a PAC (polycyklických
aromatických uhlovodíků) se při spoluspalování výrazně nezvyšují, pokud se dosáhne
dobrého vyhoření paliva /58, Eurelectric, 2001/.
Polychlorované dibenzo-dioxiny a polychlorované dibenzo-furany („dioxiny a furany“) jsou
jedním zvláštním typem VOC, název dioxiny je generickým označením pro více neţ 200
takových sloučenin.
Dioxiny a látky, které jsou prekursory dioxinů, se mohou vyskytovat v druhotných palivech
jako je dřevo z demolic, palivo pocházející z odpadu a to v malém mnoţství, které se ve
spalovací komoře rozloţí. Ale mohou se následně opětně tvořit při tak zvaných nových
syntézách z prekursorů, jako jsou chlorované benzeny, polychlorované bifenyly nebo
nechlorované prekursory, pokud se spojí v dodávaném materiálu s chlorem anorganických
sloučenin. Mechanismus jejich opětné tvorby není zcela znám, ale předpokládá se, ţe
přítomnost mědi, sazí a popílku můţe procesu, který většinou nastává mezi teplotami 200 a
450 oC, napomáhat. S ohledem na tyto účinky se konstatovalo, ţe spoluspalování určitých
druhů odpadu můţe vyvolat vyšší emise dioxinů. Emise dioxinů se mohou sníţit injektáţí
aktivního uhlí do spalin.
Emise dioxinů a furanů ze zařízení na uhlí jsou nízké následkem jejich specifických
vlastností při spalování a obsahu síry v palivu, který brání tvorbě těchto sloučenin. Ke
změnám nedochází dokonce ani při spoluspalování druhotného paliva s vysokým obsahem
chloru.
8.3.6.8 Kovy
Kovy (např. těţké a toxické kovy) jsou přítomny jiţ do určité míry jako přírodní prvky ve
fosilních palivech. Druhotná paliva, jako je úpravárenský kal a palivo pocházející z odpadu
nebo z demolic dřevěných staveb, mohou, jak ukazují tabulky 8.9 a 8.10 obsahovat kovy ve
vyšším mnoţství neţ má konvenční palivo. Odpadní olej tvoří málo popela a tak je
nepravděpodobné, ţe sloučeniny toxických kovů přítomné v palivu skončí ve spalinách.
Určité kovy zůstávají ve spodním popelu ohniště, zatímco ostatní mohou ze spalin
kondenzovat za spalovací komorou, na tuhých částicích. Některé vysoce těkavé sloučeniny
kovů jako je kadmium, rtuť, thálium a selen zůstávají ve formě páry nebo ve velmi jemném
kouři. Při zvaţování sloţení druhotného paliva je obvykle jedním z nejkritičtějších ukazatelů
oproti všem ostatním prvkům koncentrace rtuti, kvůli její těkavosti /58, Eurelectric, 2001/.
565
Vlivem omezení vstupujícího odpadu (na celkovém tepelném příkonu elektrárny se zároveň
spalovaný odpad podílí jen několika procenty) a následkem srovnatelně nízkých koncentrací
Hg v surovém plynu čistě uhelné elektrárny, neporoste v surovém plynu vlivem
spoluspalování koncentrace Hg výrazně (kromě toho je často omezujícím faktorem mez
detekce).
Emise však porostou vlivem velmi vysokých průtokových objemů spalin. Sledujeme-li
celkové emise ostatních těţkých kovů, je moţné určité zvýšení vlivem poněkud vyšších
koncentrací Pb, Co, Tl a Se /58, Eurelectric, 2001/.
Průměrné náklady na dovybavení přídavnými redukčními technikami ke sníţení koncentrace
rtuti v čistém spalném plynu ukazuje následující tabulka.
Tab. 8.15: Odhady současných a projektovaných ročních provozních nákladů na dovybavení o
technologie ke sníţení emisí rtuti /171, UN ECE, 2002/
druh uhlí
(obsah síry)
stávající zařízení
ke sniţování znečištění
ovzduší
rekonstrukce
ke sníţení
emisí Hg
současné náklady
(US centy/kWh)
projektované
náklady
(US centy/kWh)
bituminósní
(černé)
(3 % S)
studená strana ESP +
FGD
PAC 0,07-0,12 0,04-0,07
TF + FGD PAC 0,03-0,05 0,02-0,03
horká strana ESP+FDG PAC+PFF 0,15 0,09
bituminosní
(černé)
(0,6 % S)
studená strana ESP SC+PAC 0,1-0,18 0,06-0,1
TF SC+PAC 0,4-0,08 0,03-0,05
horká strana ESP SC+PAC+PFF 0,18-0,38 0,1-0,23
subbituminosní
(hnědé)
(0,5 % S)
studená strana ESP SC+PAC 0,012-0,19 0,07-0,11
TF SC+PAC 0,04-0,11 0,03-0,07
horká strana ESP SC+PAC+PFF 0,14-0,27 0,09-0,16
Vysvětlivky:
PAC = práškové aktivní uhlí; PFF=povrchově upravený tkaninový filtr;
SC=chlazení rozstřikem TF= tkaninový filtr
FGD= odsiřování spalin ESP = elektrostatický odlučovač
8.3.6.9 Kouřová vlečka
Paliva s vysokým obsahem vlhkosti, jako je odpad z drůbeţáren mají sklon tvořit při
spalování viditelné kouřové vlečky. Pro úpravu vypouštěných plynů existují tři obecně
pouţitelné techniky, které předcházejí tvorbě viditelné kouřové vlečky z komína a sice:
přihřívání výstupního plynu
kondenzace výstupního plynu
regulace teploty spalin
Kondenzační techniky znamenají velké objemy kapaliny ke zneškodnění, které mohou být
kontaminovány znečišťujícími látkami a někdy potřebují upravit neutralizací.
566
8.3.6.10 Zápach
Skladování a manipulace s druhotným palivem jako je zapáchající kal, můţe působit
zapáchající emise. Zvláště sušící zařízení potřebují opatření proti zápachu. Podle paliva a
místní situace se má přeprava provádět v uzavřených kontejnerech a skladování v uzavřených
prostorách.
8.3.7 Účinky spoluspalování na emise do vody
Spoluspalování druhotného paliva můţe být příčinou emisí do vody. Spoluspalování ale
většinu zdrojů odpadní vody jako je chladící voda, kondenzát nebo demineralizovaná odpadní
voda neovlivňuje. Zdroje odpadní vody, které ovlivněny být mohou jsou:
splaškové vody ze skladiště pevného paliva a povrchová tekoucí voda (dešťová)
společným činitelem u všech procesů odvodňování (sušení) je, ţe odloučená voda (filtrát
nebo voda z dekantace) je různou měrou znečištěna. Platí to zejména při odvodňování za
vyšších teplot a představuje značné druhotné znečištění z úpravny kalů.
jak se uvádí v kapitole 3, je hlavním zdrojem odpadní vody odsiřování spalin, protoţe se
ze spalných plynů odstraňuje SO2 a také ostatní znečišťující látky, jako jsou těţké kovy.
Koncentrace těţkých kovů u výtoků odpadní vody je do značné míry nezávislá na
koncentraci v přiváděné vodě a proto ji spoluspalování neovlivní
sniţování prachu vodou v otevřených skladech paliva můţe také vytvářet odpadní vodu,
pokud se tato voda ve vlastním závodě nerecykluje; je to u skladů uhlí běţný případ.
Pokud se druhotné palivo náleţitě neskladuje a nemanipuluje se s ním, jak se patří, můţe
být také zbytečně kontaminována dešťová voda. Dobré hospodaření předchází
rozsypávání substancí a unášení smetků do kanalizačního vedení
techniky kondenzace, které se uplatňují k úpravě kouřové vlečky vytvářejí velké objemy
kapaliny ke zneškodnění, která můţe být kontaminována znečišťujícími látkami a můţe
být zapotřebí odpadní vodu upravit
při skladování a manipulaci s kapalnými druhotnými palivy se můţe znečistit voda, která
se vede na úpravnu odpadní vody. Vyuţití rozstřiku mokrého kalu na uhlí v uhelných
dvorech můţe rovněţ znamenat vyplavení a vznik proudu odpadní vody pro úpravnu.
8.3.8 Dopady spoluspalování na jakost odpadů ze spalování a vedlejších produktů
V zásadě je výchozím bodem pro spoluspalování předcházet sniţování jakosti odpadních
zbytků ze spalování a vedlejších produktů. Toho lze dosáhnout předběţnou úpravou
druhotného paliva nebo omezením jeho podílu při spoluspalování s hlavním palivem.
Jakost odpadů a vedlejších produktů spalování má dvě hlediska: technické a pro ţivotní
prostředí:
technická jakost je záleţitostí různých parametrů, které společně určují míru rozsahu
uplatnění vedlejšího produktu. Nehledě čistě na technologické parametry (např. hutnost,
poréznost, velikost částic, obsah vlhkosti), je rovněţ důleţitý obsah takových sloţek, jako
jsou chloridy, fosfor, sírany a uhlík. To se sleduje zejména u popelů přidávaných do
betonu a cementu.
567
Tyto poţadavky obyčejně vyplynou při jejich pouţití ve stavebním průmyslu. Protoţe
sloţení popela se můţe lišit od toho, který vzniká bez spoluspalování druhotného paliva,
můţe se stát jeho zhodnocení problémem ( ne všechna druhotná paliva splňují normu EN
450 pro popel pouţitelný do betonu).
kvalita vedlejších produktů z hlediska ţivotního prostředí je vyjádřením toho, jaké prvky
se mohou z produktů, v nichţ jsou obsaţeny, vyluhovat do ţivotního prostředí.
Charakteristiky výluhu určují, nehledě na technické vlastnosti, zda lze pouţít vedlejší
produkty na výrobky, ve kterých by se mohly uplatnit.
Dopad spoluspalování na jakost vedlejšího produktu se v některých zemích, jako je Nizozemí,
rozsáhle zkoumá a sděluje se ve zprávách. Vlivem vysoké účinnosti elektrostatického
odlučovače, nalezne se více neţ 99 % prvků v popelu. Obvykle se změny ve sloţení paliva
projeví stejnou měrou ve změnách sloţení popelů. Přesněji, prvky, které se při spalovacím
pochodu neodpařují, budou mít ve všech typech popelů stejnou koncentraci. U těkavějších
prvků však dojde k přerozdělení v tom smyslu, ţe se jich najde v popílku a ve spalinách před
elektrostatickým odlučovačem více, neţ prvků, které se neodpařují.
Z toho plyne, ţe sloţení popela v případě spoluspalování se změní v souladu s ostatními
sloţkami druhotného paliva. Prvkové sloţení vedlejších produktů lze předpovědět do té míry,
ţe je moţné stanovit rozmezí ve kterém, kdy, a jaká mnoţství druhotného paliva se můţe
spoluspalovat.
Rizikem u těţkých kovů je (u některých méně, jiných více), ţe se vylouţí při dlouhodobém
styku s vodou do ţivotního prostředí. V případě, ţe je popílek ve formě stabilizátu (v
solidifikované, vitrifikované formě), jsou charakteristiky výluhu při jeho pouţití v průmyslu
výroby cementu a betonu méně významné..
Z loţového popelu, který se ale pouţije například jako spodní vrstva při stavbě silnice, by se
mohly za nějaké dlouhé časové období určité prvky vylouţit. Změna ve sloţení mikroprvků a
vylouţení můţe klást vyuţití spodního popela po procesu spoluspalování překáţky.
Sádrovec bude stěţí ovlivněn změnou sloţení paliva. Zde není nebezpečí vylouţení, protoţe
produkt se v zásadě vyuţívá uvnitř staveb, kde není problémem styk s vodou. Ale v souladu
s poţadavky jakosti se sádrovec obvykle před opuštěním elektrárny vymývá vodou.
Popely z filtrů při metodách předběţné úpravy, jako je zplyňování nebo cirkulující fluidní
loţe je obvykle obtíţnější pouţít a spíše se posílají ke zneškodnění. Moţnosti uplatnění
mohou otevřít techniky stabilizace (solidifikace).
Při celkovém hodnocení dopadu koncentrace těţkých kovů na ţivotní prostředí je třeba brát
v úvahu vazbu a stabilizaci těţkých kovů v odpadu a rovněţ celkový zjištěný obsah. Míra
vázanosti se můţe vypočítat z koncentrací těţkých kovů ve výluhu.
Tabulky 8.16 a 8.17 ukazují vliv spoluspalování na odpady ze spalování jako jsou sorpční
sušiny a hrubý popel oproti stejnému materiálu v případě spalování běţného paliva.
568
Tab.8.16: Vliv spoluspalování na odpadní zbytky ze spalování /64, UBA, 2000/
Sušina po spalování
celkový obsah (mg/kg) obsah ve výluhu (mg/kg)
uhlí spoluspalování s 10 %
kanalizačního kalu
uhlí spoluspalování s 10 %
kanalizačního kalu
Al 2,9 3,4-3,6 12 8,5-11
As 34 31-37 < 0,2 < 0,2
Cd < 2 4-7 < 0,1 < 0,1
Cr 49 55-64 0,91 0,81-0,85
Cu 135 80-140 < 0,1 < 0,1
Hg 0,6 0,6-1,3 < 0,01 < 0,01
Ni 91 93-100 < 0,2 < 0,2
Pb 230 228-650 < 0,3 < 0,3
Zn 140 245-570 < 0,2 < 0,2
Tab. 8.17: Vliv spoluspalování na odpadní zbytky ze spalování /64, Austrian Environment
Agency, Vienna, 2000/
hrubý popel
celkový obsah (mg/kg) obsah ve výluhu (mg/kg)
uhlí spoluspalování s 10 %
kanalizačního kalu
uhlí spoluspalování s 10 %
kanalizačního kalu
Al 4,4 4,8-5,9 21 8,8-133
As 11 11-13 < 0,2 < 0,2
Cd < 2 < 2 < 0,1 < 0,1
Cr 59 86-260 0,11 < 0,1-0,12
Cu 80 590-7800 0,1 0,1-0,23
Hg < 0,2 < 0,2 < 0,01 < 0,01
Ni 70 130-290 < 0,2 < 0,2
Pb 57 130-3400 < 0,3 < 0,3-1,7
Zn 100 190-5590 < 0,2 < 0,2-1,1
Tab. 8.16 a 8.17 ukazují, ţe moţnost pohybu těţkých kovů obsaţených v odpadních zbytcích
ze spoluspalování je obvykle poměrně malá v důsledku vysokých teplot v kotli (vliv
vitrifikace tj. zesklovatění).
Kromě toho je moţnost vylouţení těţkých kovů po zvlhčení značně sníţena následkem
kompaktního charakteru. Pokud jde o odpadní zbytky z konvenčního paliva (černého uhlí),
nebylo totiţ ve výluhu detekováno ţádné zvýšení koncentrace, zejména tam, kde došlo ke
stabilizaci produktu.
569
8.4 Techniky, o nichţ se uvaţuje při určování BAT pro spoluspalování
odpadu a druhotných paliv
Tato část představuje techniky, o kterých se uvaţuje při určování BAT pro prevenci nebo
sniţování emisí vznikajících při spoluspalování druhotného paliva.Všechny jsou v současné
době komerčně dostupné.
V této části se zvaţované techniky popisují všeobecně, ale také se o nich zmiňují předchozí
části a to:
pouţívané postupy a techniky (část 8.1)
předpoklady týkající se technik čištění (část 8.1)
příklady spoluspalování druhotného paliva (část 8.2)
vliv spoluspalování na emise a kvalitu vedlejších produktů (část 8.3)
Aby se v tomto dokumentu zamezilo opakování, doporučujeme vyhledat část 3.15 o
systémech řízení s ohledem na ţivotní prostředí ( EMS ).
570
8.4.1 Techniky pro skladování a manipulaci s prašným nebo zapáchajícím druhotným
palivem
Tab. 8.18: Techniky pro skladování a manipulaci s druhotným palivem
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
přeprava prašného a/
nebo zapáchajícího
paliva jako je kal
v uzavřených
kontejnerech
sníţení
zapáchu a
fugitivních
emisí
moţná moţná velká
vykládka prašného a/
nebo zapáchajícího
paliva v uzavřených
halách skladišť např.
vybavených odsávacím
zařízením, které odvádí
zapáchající vzdušinu
přímo do spalovací
komory nebo hořáku,
kde se můţe pouţít
jako spalovací vzduch
sníţení
zapáchu a
fugitivních
emisí
moţná moţná velká
skladování prašného a/
nebo zapáchajícího
paliva v uzavřených
zásobnících nebo
bunkrech
sníţení
zapáchu a
fugitivních
emisí
moţná moţná velká
uplatnit při skladování
kanalizačního kalu sací
ventilátory s následným
čistícím zařízením u
zásobníků, bunkrů a
násypek
nízké emise
do okolního
ovzduší a
nízké
koncentrace
metanu
uvnitř
násypek,
tedy sníţení
rizika
výbuchu
moţná moţná velká bez zařízení
k odsávání
je za vysoké
koncentrace
CH4 velké
riziko
výbuchu.
K tvorbě
metanu
můţe dojít
zvlášť uvnitř
násypek při
mechanicky
sušeném
kalu, který
má vysoký
obsah vody
* RE-MO= zařízení k rekonstrukci a modernizaci
571
8.4.2 Techniky pro předběţnou úpravu druhotného paliva
Tab. 8.19: Techniky pro předběţnou úpravu druhotného paliva
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE-MO
*
sušení udrţuje se
vysoký výkon
kotle.Lze
pouţít paliva
s vysokým
obsahem
vlhkosti
moţná moţná velká pro sušení
je potřeba
přídavné
energie
specifické
pro
zařízení
přestoţe vysoký obsah
vlhkosti DP ovlivní
negativně výkon kotle, je
stále úspornější spálit
mechanicky vysušený
kanalizační kal s vyso-
kým obsahem vody,
protoţe vysoušení
teplem je také velmi
náročné na energii.Více
informací v BREF o
úpravě odpadu
vysoušení
kanal. kalu
na slunci
nízká potřeba
energie
moţná moţná velká moţné
emise
zápachu
specifické
pro
zařízení
je zapotřebí prostoru;
Více informací v BREF
o úpravě odpadu
pyrolýza zmenší se
dopad DP na
výkon kotle;
lze pouţít
široké palety
paliva
z odpadu
moţná moţná,
ale
závisí na
projektu
hlavního
kotle
omezená pro
pyrolyzní
reaktor je
třeba
přídavná
energie
specifické
pro
zařízení
pyrolýza můţe být
vhodnou volbou pro DP,
které nelze v uhelném
mlýně drtit na vhodnou
velikost ke společnému
spalování v elektrárně na
práškové černé či hnědé
uhlí. Tato předúprava je
nutná, pro zajištění
správného vyhoření při
krátké době prodlevy
paliva v topeništi; Více
informací je v BREF o
spalování odpadu
anaerobní
zrání
(bez
přístupu
vzduchu)
metanizace DP
má několik
výhod, protoţe
se produkty
lépe přivádějí
do kotle. Lze
uţít řadu paliv
z odpadu
moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
je třeba, aby se DP dalo
biologicky rozloţit.
Reaktor pracuje při
nízkých teplotách
většinou bez koroze.
Provoz je snadný i při
vysokém obsahu vody.
Více informací v BREF
o úpravě odpadu.
zplyňování po zplynění s
čištěním spalin
lze společně
spalovat velká
mnoţství DP
s vysokou
koncentrací
TK (zvl. Hg)
moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
více informací - BREF o
úpravě odpadu a BREF
o spalování odpadu
předběţné
spalování
DP, které nelze
náleţitě spálit
v kotlích na
práškové uhlí
je třeba nahlédnout do
BREF o spalování
odpadu
* RE-MO= zařízení k modernizaci a rekonstrukci; DP= druhotné palivo; TK= těţké kovy
572
8.4.3 Techniky pro přísun druhotného paliva do procesu spalování
Tab. 8.20: Techniky pro přísun druhotného paliva do procesu spalování
technika přínos pro
ţivotní prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
REMO *
mletí
s hlavním
palivem
musí se předejít
heterogennímu
nebo špatně
namíchanému
proudu paliva,
nebo nestejnému
rozdělení, neboť
můţe ovlivnit
záţeh a spalování
v kotli
moţná omezená velká mísení je moţné
pouze, kdyţ jsou
charakteristiky při
mletí u hlavního a
druhotného paliva
více-méně stejné,
nebo kdyţ je podíl
druhotného paliva
velmi malý oproti
proudu hlavního
paliva
vyuţití
samostatných
přívodních
trysek
lze vyuţít velmi
rozmanitého
druhotného
paliva, zejména
kapalného paliva
moţná moţná velká ţádný není k
dispozici
samostatné
přívodní trysky
jsou potřeba pro
druhotné paliva,
tam, kde se
nemůţe namíchat
s palivem hlavním;
samostatné trysky
se také uplatňují,
kdyţ se druhotné
palivo pouţívá při
dospalování ke
sníţení emisí NOx
přídavný rošt
na dně kotle
lze vyuţít
rozličné druhy
druhotných paliv,
zejména biomasu
moţná není
moţná
pouţije se
u nových
zařízení
ţádný není k
dispozici
speciální rošt
pro druhotné
palivo
lze vyuţít
rozličné druhy
druhotných paliv,
zejména biomasu
moţná velmi
omezená
pouţije se
hlavně u
nových
zařízení
ţádný není k
dispozici
zařízení s takovým
roštem vyţadují
hodně volného
prostoru pod
kotlem a ten je
málokdy
k dispozici
společný
přísun
hlavního a
druhotného
paliva
správné
fungování
fluidního kotle
moţná není
moţná
ţádný není k
dispozici
* RE-MO= zařízení k modernizaci a rekonstrukci
573
8.4.4 Techniky pro prevenci a sniţování emisí do ovzduší při spoluspalování druhotného
paliva
Tab.8.21: Techniky pro prevenci a sniţování emisí do ovzduší při spoluspalování druhotného
paliva
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE MO
*
Obecné problémy
pečlivý výběr DP
ke společnému
spalování. Přesná
znalost jejich
původu, fyzikálně-
chemických
ukazatelů a moţné
nebezpečnosti ;
DP se mají
pravidelně
analyzovat s
kontrolou jakosti
odpadu ke
spoluspalování
lepší znalost
DP pomůţe
vyhnout se
nečekanému
dosaţení
maxima
znečištění a
škodám na
kotli vlivem
koroze
moţná moţná velká sloţení a vlastnosti
odpadu a biomasy se
musí komplexně
stanovit hned při
první dodávce a musí
zahrnovat následující
údaje: jméno a adresu
dodavatele, mnoţství,
vlastnictví a původ
odpadu, obsah vody a
popela, výhřevnost,
obsah chloridů,
fluoridů, síry a
těţkých kovů
omezení
procentuelního
podílu odpadu,
který se bude
spalovat
omezení
zvýšeného
dopadu na
ţivotní
prostředí
moţná moţná velká specifické
pro zařízení
zplyňování po zplynění a
vyčištění
vzniklého
plynu lze
společně
s hlavním
palivem
spalovat velká
mnoţství DP
s vysokou
koncentrací
těţkých kovů
(zvláště Hg)
moţná moţná,
ale
závisí na
projektu
hlavního
kotle
omezená specifické
pro zařízení
Více informací je
v BREF o úpravě
odpadu a v BREF o
spalování odpadu
Vysvětlivky: REMO= zařízení k rekonstrukci a modernizaci; DP= druhotné palivo; TK= těţké kovy
574
Tab.8.22: Techniky pro prevenci a sniţování emisí do ovzduší při spoluspalování
druhotného paliva
technika přínos pro
ţivotní
prostředí
pouţitelnost provozní
zkušenost
přenos
vlivů
prostředím
ekonomika poznámky
nová
zařízení
RE MO
*
Tuhé částice Techniky, které se
zvaţovaly při určení
BAT v rámci kapi-
tol pro specifické
palivo lze také zva-
ţovat při společném
spalování druhotné-
ho paliva.
Spoluspalování DP
můţe vést k těmto
dopadům:
- změně objemové-
ho průtoku spalin a
sloţení s následky
na přenos tepla a
systém čištění spalin
(např. deaktivaci
SCR katalyzátoru
vlivem As, P, F a
alkalických kovů) a
rušivý vliv na
systémy odsiřování
spalin
- musí se nastavit
správné a stabilní
podmínky spalování
(stabilita plamene,
teplota plamene,
tvorba oxidační
atmosféry u kotel-
ních ploch, předchá-
zení tvorby „pásů“)
- mohou se sníţit
emise do ovzduší
(zvláště emise Hg,
TK, dioxinů, furanů,
HCl, HF, nespále-
ného uhlíku a CO)
Pouţije-li se DP
s vyšším obsahem
těkavých kovů (Hg)
neţ má konvenční
pouţité palivo,
povaţuje se za BAT
injektáţ aktivního
uhlí
elektrostatický
odlučovač
sníţení prachu
a TK
moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
tkaninové filtry sníţení prachu
a TK
moţná moţná velká
Oxid siřičitý
mokré, suché a
polosuché
techniky pro
odsíření spalin
Sníţení SO2,
HCl, HF,
prachu a TK
moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
Oxidy dusíku
primární a/nebo
sekundární
opatření
sníţení NOx moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
Těţké kovy a ostatní jako jsou VOC a dioxiny
elektrostatický
odlučovač nebo
tkaninové filtry,
mokré, suché a
polosuché
techniky
odsíření spalin a
další moţná
volba je injektáţ
aktivního uhlí
sníţení SO2,
HCl, HF,
prachu a TK
(zejména Hg) a
rovněţ VOC a
dioxinů
moţná moţná velká specifické
pro
zařízení
Vysvětlivky: * RE-MO= zařízení k rekonstrukci a modernizaci; TK = těţké kovy; VOC= těkavé organické
sloučeniny; DP= druhotné palivo;
Poznámka: Ke sniţování emisí do ovzduší lze také pouţít jiné techniky, na které se uvádějí odkazy v kapitolách
BREF, kde se v kapitole 3 popisují techniky, které jsou k dispozici pro pevná, kapalná a plynná paliva.
575
8.4.5 Techniky pro prevenci a sniţování znečištění vody při spoluspalování druhotného
paliva
Při sniţování kontaminace vody se počítá s několika technikami:
společným činitelem u všech pochodů odvodňování (vysušování) je, ţe odloučená voda
(filtrát nebo voda z dekantace) je různou měrou znečištěná. To je pravda zejména při
odvodňování za vyšších teplot a představuje závaţné sekundární znečištění v úpravnách
odpadní vody. Výstupní odpary a plyn vystupující ze systému sušení úpravárenského kalu
se mohou vést do kotle ke spalování
redukce prachu vodou v otevřených uhelných dvorech můţe vést ke vzniku odpadní vody,
pokud tato voda v rámci závodu necirkuluje, coţ je běţný případ u skladů uhlí. Pokud se
druhotné palivo náleţitě neskladuje a patřičně se s ním nemanipuluje, můţe se také
kontaminovat i dešťová voda. „ Správné hospodaření“ můţe předcházet rozlévání látek,
které by se tak mohly dostat do vodní drenáţe.
kondenzační techniky uplatňované k úpravě kouřové vlečky tvoří velké objemy kapaliny ke
zneškodnění a ta můţe být kontaminována znečišťujícími látkami a bude nejspíš třeba, aby
se odpadní voda upravila neutralizací.
protoţe kapaliny ze systému mokrého odlučování nebo kondenzáty obsahují kyselé
odpadní vody z čištění spalin, je třeba před vypuštěním do povrchové vody nebo veřejné
kanalizace vodu upravit neutralizací. Pokud jsou přítomny pevné částice, je třeba pouţít
sedimentace a nejspíš bude třeba i fyzikálně-chemické úpravy, aby se odstranily takové
kontaminující látky, jako jsou toxické kovy
vyčeřené tekutiny se mohou vracet do paliva, aby nahradily uniklou vodu, ale protoţe je
obsah vlhkosti v palivu klíčovým ukazatelem zejména u odpadů z drůbeţáren, nemusí
k tomu nutně docházet
jak se popisuje u kapitoly 3, je hlavním zdrojem odpadní vody odsiřování spalin, přičemţ
se ze spalin odstraňuje SO2 a rovněţ další znečišťující látky, jako jsou těţké kovy. Tato
odpadní voda se musí ještě před vypuštěním upravit v úpravně odpadní vody. Postup je
popsán v části 3.3.2. Při správném monitorování a stálé optimalizaci provozních podmínek
a moţná také při dodatečném vyuţití organických sirníků se mohou těţké kovy při vyšší
hladině na vstupu v úpravně odpadní vody vysráţet a odfiltrovat do takové míry, ţe
koncentrace ve filtrátu se výrazně nezvýší. Mnoţství filtrátu se při spoluspalování nezmění.
576
8.4.6 Techniky ke sníţení dopadu spoluspalování na vznikající odpady a vedlejší
produkty
Při sniţování mnoţství odpadů, které vznikají ve velkých spalovacích zařízeních nebo při
sniţování jejich dopadů, se mohou uplatnit určité techniky. Následující seznam vyjmenovává
techniky, které se v této oblasti uplatňují:
udrţování jakosti sádrovce, popelů a strusky (škváry) pro účely recyklace na stejné
úrovni, jako existuje bez spoluspalování druhotného paliva. Pokud spoluspalování vede
ke zvláště výraznému poškozování vedlejších produktů nebo odpadních zbytků, je třeba
přijmout opatření, aby se tomu zabránilo
v zásadě je při spoluspalování počátečním záměrem předejít sníţení jakosti odpadních
zbytků ze spalování a vedlejších produktů. Toho lze dosáhnout předběţnou úpravou
druhotného paliva nebo omezením podílu druhotného paliva při spoluspalování
s polétavým popílkem a spodním popelem, které při pochodu vznikají a jsou zapotřebí
zneškodnit na skládce v místě nebo vně sídla provozu, se musí manipulovat a dopravit je
tak, aby se předešlo usypávání, úniku prachu nebo šíření zápachu
577
8.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spoluspalování odpadu a druhotných
paliv
Pro pochopení této kapitoly a jejího obsahu se pozornost čtenáře obrací zpět k předmluvě
tohoto dokumentu a zejména k její 5. části:„Jak pochopit a pouţít tento dokument“. Techniky
a s nimi spojené emise a /nebo úrovně spotřeb, nebo rozmezí úrovní, které se předkládají
v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje následující
kroky:
identifikaci klíčových problémů odvětví při působení na ţivotnímu prostředí, jimiţ jsou
emise do ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování
odzkoušení technik, které nejlépe řeší tyto klíčové problémy
identifikaci úrovní nejpříznivějšího působení provozu na ţivotní prostředí na základě
údajů dostupných v Evropské Unii a ve světě
odzkoušení podmínek, za kterých se tyto úrovně provozu dosáhly; jsou jimi náklady,
přenosy vlivů z jednoho prostředí do druhého, hlavní motivace pro zavedení těchto
technik
výběr nejlepších dostupných technik (BAT) a s nimi spojených emisí a /nebo úrovní
spotřeb pro toto odvětví v obecném smyslu vše v souladu s článkem 2, odstavec 11 a
přílohou IV Směrnice (96/61/EC.)
Klíčovou úlohu u kaţdého z těchto kroků a ve způsobu, jakým se zde informace předkládají,
hrálo posouzení expertů Evropské kanceláře pro IPPC a odpovídající technické pracovní
skupiny.
Na základě tohoto posouzení se v této kapitole představují techniky, které jsou k dispozici
(BAT) a pokud moţno i s nimi spojené emise a úroveň spotřeb, které se povaţují za
přiměřené pro odvětví jako celek a v mnohých případech odráţejí současný výkon některých
zařízení v rámci sektoru. Tam, kde se uvádějí úrovně emisí a spotřeb spojené s „nejlepšími
dostupnými technikami“, je třeba to chápat jako mínění, ţe takové úrovně, které prokazují
působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění popsaných
technik v tomto odvětví při zohlednění rovnováhy nákladů a výhod, coţ je nedílnou součástí
definice BAT. Ale nejedná se ani o hodnoty emisních limitů, ani limitní spotřeby a neměly by
se takto chápat. V některých případech můţe být technicky moţné dosáhnout lepších úrovní
emisí nebo spotřeb, ale se zřetelem k započteným nákladům nebo opatřením, která se týkají
přenosu dopadů z jednoho prostředí do druhého, je nelze povaţovat za BAT vhodné pro
odvětví jako celek.
Takové úrovně lze však povaţovat za oprávněné ve specifičtějších případech, kde je k tomu
speciální motivace. Na úrovně emisí a spotřeb spojených s pouţitím BAT je třeba pohlíţet
zároveň se specifickými podmínkami daného místa ( např. při zprůměrování za určité
období).
Pojem „ úrovně spojené s BAT“ popsaný výše je třeba kdekoliv v tomto dokumentu odlišovat
od termínu „ dosaţitelná úroveň“,. Tam, kde je úroveň popsána jako „dosaţitelná“ při pouţití
určité techniky nebo kombinací technik, je třeba to chápat jako názor, ţe lze očekávat, ţe se
dané úrovně dosáhne za určité podstatné období při dobře udrţovaném a provozovaném
zařízení, nebo postupu, kdy se pouţívá těchto technik. Tam, kde jsou k dispozici údaje o
nákladech, uvádějí se společně s popisem technik představených v předchozích kapitolách. Ty
udávají hrubé údaje o velikosti započtených nákladů.
578
Skutečné náklady na uplatněné techniky však budou velmi záviset na specifické situaci
zohledňující např. daně, poplatky a technické charakteristiky dotyčného zařízení. V tomto
dokumentu není moţné zcela vyhodnotit takové místně specifické faktory. Pokud nebudou
údaje týkající se nákladů k dispozici, budou závěry o ekonomické realizovatelnosti odvozeny
ze sledování u stávajících zařízení.
Je záměrem, aby se obecné BAT v této kapitole staly referenční základnou, proti které se
posoudí současný výkon stávajícího zařízení, nebo se porovná návrh na zařízení nové. Tímto
způsobem budou napomáhat při určování vhodných podmínek zaloţených na BAT pro
zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavec 8.
Předpokládá se, ţe nová zařízení se mohou projektovat tak, aby se provozovala na stejných
úrovních jako obecné BAT, které se zde překládají, nebo dokonce ještě na lepších.Uvaţuje se
také o tom, ţe stávající zařízení by mohla postupem času dosáhnout úrovní obecných BAT
nebo lepších, coţ je v kaţdém případě předmětem technické i ekonomické realizovatelnosti.
Přestoţe dokumenty BREF nestanoví právně závazné normy, povaţují se za zdroj informací
pro nasměrování průmyslu, členských států a veřejnosti na úrovně emisí a spotřeb, kterých
lze dosáhnout, pouţijí-li se specifické techniky. Přiměřené limitní hodnoty pro jakýkoliv
specifický případ bude třeba stanovit se zřetelem k cílům směrnice IPPC a místním
okolnostem.
Aby se v tomto dokumentu zabránilo opakování, doporučujeme vyhledat BAT o systému
řízení s ohledem na ţivotní prostředí (EMS) v části 3.15.1
V souvislosti s druhem a procentuelním mnoţstvím druhotného paliva, které se pouţije ke
spalování spolu s palivem hlavním, je třeba podotknout, ţe objem spalin a sloţení, odpadní
voda a rovněţ odpady a vedlejší produkty mohou být poněkud jiné neţ při provozu bez
spoluspalování. Změny se mohou projevit v přenosu tepla a u systémů čištění spalin ( např.
deaktivací katalyzátoru u selektivní katalytické redukce vlivem As, P, F a alkalických kovů,
stejně jako narušením provozu odsiřování spalin), u úpravny odpadní vody a způsobu
opětného vyuţití odpadů a vedlejších produktů. Musí se zajistit správné a stabilní podmínky
spalování, včetně stability plamene, teploty plamene, vytváření oxidační atmosféry u
kotelních ploch a prevence před tvorbou pásů. Mohou se zvýšit emise do ovzduší, zejména
emise těţkých kovů, zvláště těkavých kovů jako je Hg, ale také dioxinů a furanů, HCl, HF,
nespáleného uhlíku a CO.
Závěry o BAT v této kapitole se zakládají na představě, ţe spoluspalování druhotného paliva
ve velkých spalovacích zařízeních by podle současné legislativy EU nemělo způsobit vyšší
emise znečišťujících látek v části objemu spalin, které pocházejí z takového spoluspalování,
neţ ke kterým dochází ve spalovnách odpadu (viz BREF o spalování odpadu). Toho lze
dosáhnout pečlivým výběrem typu druhotného paliva a regulací hmotnostního toku
(omezením procentuelního mnoţství druhotného paliva, které se má spalovat) a účinným a
náleţitým čištěním spalin a technikami úpravy odpadní vody. Další odkaz na právní
poţadavky uvádí Směrnici EU 2000/76/EC o spalování odpadu, která se jimi zabývá a také
pojednává o spoluspalování odpadu 7.
_______________________________
7 Příloha II Směrnice EU 2000/76/EC poskytuje poţadavky na spoluspalování odpadu
(spoluspalování druhotného paliva) při stanovení limitních hodnot pro emise do ovzduší.
579
8.5.1 Schválená a předběţně přijatá kritéria
BAT musí mít úplná předběţně přijatá a schválená kritéria definovaná podle těch BAT,
jejichţ definice je v BREF o úpravě odpadu.
8.5.2 Skladování a manipulace s druhotným palivem
Pro skladování, vykládku a manipulaci s druhotným palivem se všechna opatření a techniky
předloţené jako BAT v kapitolách týkajících se paliva a v části 8.4.1 povaţují u
spoluspalování za BAT pro sniţování fugitivních emisí prachu a emisí zápachu. Kromě toho i
vyuţití odsávacího zařízení a následných systémů čištění u uzavřených skladišť kanalizačního
kalu (včetně moţnosti vést znečištěnou odsávanou vzdušinu přímo do spalovací komory nebo
do hořáku, kde ji lze pouţít jako spalovacího vzduchu) se povaţuje za BAT s ohledem na
sníţené riziko výbuchu. Pokud jde o zdraví a bezpečnost, je třeba zohlednit popsaná opatření
k ochraně pracovníků (odkazuje se na předpisy států k ochraně zdraví a bezpečnosti). Nehledě
na to, je třeba také během skladování a manipulace s druhotným palivem počítat se závěry
BAT formulovanými v BREF o skladování sypkých, velkoobjemových a nebezpečných
substancí a v BREF o úpravě odpadu.
8.5.3 Předběţná úprava druhotného paliva
Pro předběţnou úpravu druhotného paliva se všechna opatření a techniky předloţené jako
BAT ve speciálních kapitolách o palivu obecně povaţují za BAT při zajištění stabilních
podmínek spalování a vyloučení kontaminujících látek z odpadu tak, aby se tyto odpadní
materiály mohly následně pouţít jako druhotné palivo. Kromě toho se mohou povaţovat za
BAT některá opatření pro předběţnou úpravu, která jsou vyjmenována v kapitole 8.4.2. Také
je však třeba poznamenat, ţe podrobné informace o BAT pro techniky předběţné úpravy
odpadu, týkající se i druhotného paliva se uvádějí v dokumentech BREF, které se věnují
úpravě a spalování odpadu.
8.5.4 Přísun druhotného paliva do spalovacího procesu
Pro přísun druhotného paliva do spalovací komory (kotle) se opatření a techniky uvedené
v části 8.4.3 povaţují všechny za BAT, při zajištění stabilních podmínek spalování. Ale o
volbě specifické techniky je třeba rozhodnout případ od případu podle pouţitého druhotného
paliva. Rozstřikování kapalného druhotného paliva na uhlí v uhelných dvorech se nepovaţuje
za BAT z důvodu moţného rizika kontaminace vody a podzemní vody a v důsledku moţnosti
vzniku zapáchajících emisí. Vedle toho můţe postřik kapalného druhotného paliva zvýšit
riziko samovznícení v uhelném dvoře.
8.5.5 Emise do ovzduší
Jak se uvádí na konci úvodu do části 8.5, je závěr o BAT v této kapitole zaloţen na představě,
ţe spoluspalování druhotného paliva ve velkém spalovacím zařízení nezpůsobí v souladu se
současnou legislativou EU vyšší emise znečišťujících látek v daném objemu spalin neţ se
zjistilo při spoluspalování ve spalovnách (viz BREF o spalování odpadu). Z úhlu tohoto
pohledu je třeba uvést, ţe zařízením která spalují odpad spolu s hlavním palivem musí
splňovat poţadavky směrnice o spalování odpadu (Směrnice 2000/76/EC).
580
Velká spalovací zařízení, projektovaná a provozovaná v souladu s BAT, jak se specifikuje
v tomto dokumentu BREF, pouţívají účinných technik a opatření k odstraňování prachu
(částečně včetně těţkých kovů), SO2, NOx, HCl a HF. Obecně lze na tyto techniky pohlíţet
jako na dostatečně uspokojivé a proto se mohou také povaţovat za BAT pro spoluspalování
druhotného paliva. Základem pro toto konstatování jsou závěry BAT a zejména hladiny emisí
spojené s pouţitím BAT tak, jak se definuje ve speciálních kapitolách o palivu. Vyšší vstup
těchto znečišťujících látek do systému spalování lze vyrovnávat v rámci určitých mezí
přizpůsobivosti systému čištění spalin a nebude docházet ke zvýšení emisí. Vstup
chlorovaných sloučenin se provozovatelem elektrárny omezuje rovněţ, neboť se tak za
vysokých teplot zabrání korozím.
Logické zdůvodnění, pokud jde o to, které odpady se mohou pouţít při spoluspalování, je
postaveno na specifikacích konvenčního paliva obvykle spalovaného ve specifickém zařízení
a s ním spojené naměřené hladiny emisí. Pokud leţí rozmezí znečišťujících látek v odpadu,
zejména obsah těţkých kovů ve stejném rozmezí jako je u obvykle pouţívaného konvenčního
paliva, uplatňuje se specifické BAT pro hlavní palivo také při spoluspalování tohoto
druhotného paliva. První volbou BAT v tomto ohledu je také pečlivý výběr typu druhotného
paliva a regulace jeho hmotnostního toku společně s omezením procentuelního podílu
druhotného paliva, který se můţe spalovat zároveň s palivem hlavním.
V tomto smyslu je třeba zohlednit následující opatření:
třídění druhotného paliva podle přijatých kritérií, která se týkají kritických parametrů (viz
BAT pro schválená a předběţně přijatá kriteria). Těmi jsou výhřevnost, obsah vody,
popelnatost, obsah chloru a fluoru, obsah síry a dusíku, PCB, kovů (těkavých, tj. Hg, Tl,
Pb, Co a Se a netěkavých tj. V, Cu, Cd, Cr, Ni) a obsah alkalických a fosfor obsahujících
sloučenin ( pokud se pouţijí ţivočišné vedlejší produkty)
omezení podílu značně znečištěného druhotného paliva při spoluspalování
předběţnou úpravu druhotného paliva
zamezení vstupu Hg, jakoţto navýšené sloţky pocházející z druhotného paliva
vyuţívání zplyňování druhotného paliva a čištění vzniklého plynu, pokud existují velká
mnoţství druhotného paliva s vysokou koncentrací těţkých kovů (zejména Hg), která se
mají pouţít ve velkém spalovacím zařízení
zamezení vstupu sloučenin chloru do druhotného paliva
Podle pouţitého odpadu však druhotné palivo můţe při spalování s hlavním palivem, jak se
jiţ vysvětlilo dříve, vést ke zvýšení emisí těţkých kovů, zejména rtuti, stejně jako k emisím
VOC (těkavých organických sloučenin) halogenů a někdy i dioxinů. V tomto případě se na
přizpůsobení systémů čištění spalin a na přídavnou injektáţ aktivního uhlí ve spojení
s účinností sníţení uvedených emisí o 70 – 85 % pohlíţí jako na BAT.
Spoluspalování druhotného paliva obyčejně vede ke ztrátě tepelné účinnosti. V této
souvislosti je třeba vzít v úvahu, ţe hlavním účelem elektrárny je výroba energie spíše neţ
tepelné zpracování odpadu. Ztráta tepelné účinnosti je oprávněná pouze tehdy, pokud je
vyrovnána menšími emisemi znečišťujících látek.
581
8.5.6 Znečištění vody
Opatření a techniky představené jako BAT ve speciálních kapitolách o palivu a v části 8.4.5
se všechny povaţují za BAT pro spoluspalování druhotného paliva při zamezení kontaminace
vody a zdrojů spodní vody, která by ze spoluspalování mohla plynout. V tomto ohledu
napomáhá vlastní skladování a manipulace s druhotným palivem, jak se jiţ poukázalo dříve,
aby se tohoto cíle dosáhlo. „Správné hospodaření“ zabraňuje rozsypávání a rozlévání látek a
jejich unášení do potrubí odváděné vody.
Protoţe druhotné palivo můţe obsahovat vyšší hladiny těţkých kovů a dalších látek, jako jsou
halogeny atd., je BAT úprava této odpadní vody před vypuštěním. Postup se popisuje v části
3.10. Při správném monitorování a stálé optimalizaci provozních podmínek, moţná také při
dodatečném vyuţití organických sirníků, lze těţké kovy při vyšších vstupních koncentracích
vysráţet a odfiltrovat v zařízení na úpravu odpadní vody do takové míry, ţe koncentrace ve
vypouštěném filtrátu nebude výrazně vyšší. Mnoţství vypouštěného filtrátu se při
spoluspalování nezmění.
8.5.7 Odpady ze spalování a vedlejší produkty
Při spalování druhotného paliva s palivem hlavním se za BAT povaţují všechna opatření a
techniky představené jako BAT ve speciálních kapitolách o palivu a také v části 8.4.6, která
se týká spoluspalování druhotného paliva. Hlavním problémem BAT je udrţení jakosti
sádrovce, popelů a strusky a dalších odpadů a vedlejších produktů na stejné úrovni, jaké se
dosáhne u těchto poloţek bez spoluspalování druhotného paliva tak, aby se mohly recyklovat.
Pokud povede spoluspalování k výrazným (nadměrným) objemům vedlejších produktů nebo
odpadů ke zneškodnění nebo výrazné kontaminaci kovy (např. Cr, Pb, Cd) nebo dioxiny, je
třeba přijmout dodatečná opatření, aby se tomu zabránilo. Jedním z dodatečných opatření,
které se zvaţuje je omezit spoluspalování na frakce odpadů s koncentrací znečištění, která je
podobná jako u primárních paliv ( např. koncentrace těţkých kovů, chloru atd.).
8.6 Techniky ve vývoji pro spalování odpadu a druhotných paliv
Očekává se, ţe vlivem získaných mimořádných zkušeností s předběţnou úpravou a
technikami čištění vzroste v budoucnosti, i s ohledem na obsah tepelné energie v druhotných
odpadech, podíl spoluspalování nad úroveň 10 %.
583
9 Závěrečný komentář
Tato kapitola pojednává o časovém sledu práce; o zdrojích, dostupnosti a jakosti informací; o
míře shody mezi experty Technické pracovní skupiny; a předkládá doporučení pro budoucí
práci.
9.1 Časový sled práce
Práce týkající se spalovacích zařízení se jmenovitým tepelným příkonem nad 50 MW v rámci
tak zvaných referenčních dokumentů o nejlepších technikách, které jsou k dispozici (BREF)
pro velká spalovací zařízení začala ve dnech 24. a 25. února roku 2000 zahajovacím
zasedáním Technické pracovní skupiny. Ke konsultaci pak byly zpracovány dva návrhy. První
v březnu 2001 a druhý v březnu 2003. Během obou období, kdy probíhaly konsultace, se
předkládaly nové informace a komentáře.
Závěrečné zasedání Technické pracovní skupiny se uskutečnilo 18. – 21. listopadu 2003. Tam
se projevila hlavně podpora technikám, které se povaţují za BAT. Ale probíraly se bouřlivě
určité problémy, zejména výše emisí, které souvisejí s pouţitím BAT. Do konečného návrhu
se začlenily nové informace a komentáře, které byly předloţeny během zasedání i informace o
rozdílných racionálních hlediscích.
9.2 Zdroje informací
Zdrojem informací, které se v návrhu dokumentu pouţily byla celá řada dokumentů, zpráv a
informací z průmyslu členských států EU, provozovatelů a správních orgánů, stejně jako
dodavatelů zařízení a nevládních organizací pro ţivotní prostředí. Ostatní předloţené
informace se více soustřeďovaly na jednotlivé problémy ţivotního prostředí, kde se důraz
kladl zejména na emise do ovzduší a vody, stejně jako na moţnosti zvýšení účinnosti a tedy i
sníţení emisí CO2. Informace se získaly dále během návštěv příslušných míst v různých
členských státech EU a při osobních rozhovorech o volbě technologie a zkušenostech
s uplatněním technik ke sniţování znečištění.
Některé členské státy a průmysl ve snaze podpořit práci prováděly nebo zadaly studie
zaměřené na ucelenější popis BAT.
K dispozici jsou dobré informace o opatřeních ke sníţení emisí do ovzduší, které odráţejí
celosvětové úsilí sníţit přeshraniční dálkový přenos vzdušného znečištění.
Během práce se ukázalo jako evidentní, ţe existuje značné mnoţství informací z různých
zdrojů a kvalifikované údaje o emisích u specifických zařízení se předkládaly různými
cestami. Někdy je technické pozadí působení primárních a sekundárních opatření popsáno
poněkud nesrozumitelně. Bylo těţké a někdy dokonce nemoţné získat informace o
daném zařízení a kvalifikované číselné údaje rovněţ. Je nutné poznamenat, ţe u předloţených
údajů o vzorkování a analytických metodách byly často nedostatečné informace. Často
chyběly, nebo byly neúplné údaje o časových intervalech ( např. průměrné hodnoty za den
nebo za rok), o metodách výpočtu a referenčních podmínkách. Proto se mění moţnosti
porovnat údaje o působení provozů na ţivotní prostředí a je třeba je v budoucnu zlepšit.
584
Aby se zlepšila moţnost porovnání, doporučuje se, aby se provedlo v rámci Evropy šetření,
jak jsou sestaveny údaje o působení spalovacích zařízení na ţivotní prostředí, zda si různé
v praxi prováděné postupy odpovídají nebo ne, a pokud ano, do jaké míry a v jakém ohledu.
Výpočty a zprávy z tohoto šetření o porovnatelných úrovních energetické účinnosti by byly
přínosem také. U předloţených číselných hodnot týkajících se pevných odpadů, zbytků ze
spalování nebo vedlejších produktů nebylo vţdy jasné, které odpadní materiály byly zahrnuty,
nebo které započteny nebyly.
Ještě stále chybí dostatečně kvalifikované údaje o nákladech, které by byly spolehlivé,
transparentní a umoţňovaly by vazbu technik s náklady a úsporami. Údaje o nákladech jsou
specifické pro dané místní podmínky a mohou se vypočítat pouze při zohlednění jednotlivých
okolností spojených se zařízením a proto nelze získat přesné porovnání. Náklady u
jednotlivých zařízení, kde se provozují stejné techniky, značně kolísají např. vlivem různých
technických podmínek najíţdění a různého časového sledu vynakládání investic u zařízení.
Určité údaje o nákladech sice dostupné jsou, ale obecně se neví, co přesně se do číselných
hodnot zahrnulo, nebo jak se vypočítaly. Proto mohou údaje v BREF poskytnout pouze dobré
navození řádové velikosti takových nákladů.
9.3 Míra shody
Tento BREF jako celek má značnou podporu členů Technické pracovní skupiny. Ale
organizace Eurelectric a Euromont, dva zástupci průmyslu a zástupci několika členských
států nevyjádřili tomuto konečnému návrhu plnou podporu a zasadili se o tak zvaná „
rozporná stanoviska“ k některým závěrům BAT, které se uvádějí v tomto dokumentu. Jejich
hlavní zdůvodnění tohoto postoje se uvádí dále.
Několik členských států a Eurelectric vyjádřily své stanovisko, aby se hodnoty emisních
limitů definované v Evropské směrnici o velkých spalovacích zařízeních (Směrnice
2001/80/EC) přijaly jako horní mez emisního rozmezí, které se vztahuje k BAT. Eurelectric
se pozastavil nad tím, ţe daná emisní rozmezí, která se váţou k pouţití BAT jsou obecně
příliš nízká a to jak pro nová, tak stávající elektrárenská zařízení. Je však třeba poznamenat,
ţe horní výše emisního rozmezí spojeného s BAT, zejména u stávajících zařízení jsou
podobné určitým hodnotám emisních limitů, které se stanovily v některých evropských
členských státech. To podporuje názor členů Technické pracovní skupiny, ţe úrovně BAT
jsou přiměřené a dokládá, ţe zvaţované úrovně spojené s BAT se jiţ v Evropě dosáhly u celé
řady zařízení.
Dalším bodem neshody je, ţe Eurelectric a několik členských států napadly to, ţe se
dostatečně nezohlednila při stanovení určitých BAT ekonomická realizovatelnost. Zdůrazňuje
se skutečnost, ţe k tomuto problému nebylo experty Technické pracovní skupiny poskytnuto
dostatek informací. Nebyly poskytnuty spolehlivé informace týkající se údajů o nákladech na
sekundární opatření při jejich pouţití u velkých spalovacích zařízeních a tak není jasné,
jakého měrného ukazatele při úplném zohlednění nákladů pouţít. Obecně lze prohlásit, ţe
jsou měrné náklady na rekonstrukci nebo dovybavení stávajících spalovacích zařízení úměrně
vyšší neţ na nová zařízení, protoţe materiál nebo technologické schéma staršího vybavení
nelze přizpůsobit. Obvykle jsou měrné náklady u menšího zařízení vyšší neţ u zařízení
většího.
585
Nehledě na výše uvedené argumenty zaujal Eurelectric a jeden členský stát stanovisko, ţe
nebyl dostatečně zohledněn rozdíl v ekonomice u nových resp. stávajících a velkých resp.
malých zařízení v kategorii „velkých spalovacích zařízení a ţe mají být v BREF stanoveny
jasné rozdíly. Navíc se také konstatovalo, ţe se dostatečně nezváţily problémy zařízení, které
se provozují při maximálním zatíţení pouze částečně.
Celá diskuse také upozornila na rozdílné porozumění BAT tak, jak se definují ve směrnici
IPPC a zdůraznila potřebu chápat BREF v souvislosti s předmluvou dokumentu. Nehledě na
tyto obecné problémy, existuje také několik zcela specifických problémů, kde konečné závěry
nezaznamenaly jednomyslnou podporu.
9.4 Doporučení pro budoucí práci
Pro dnešní průmyslovou společnost a jakýkoliv průmyslový proces je výroba energie zcela
neodmyslitelným prvkem. Posouzení nejlepších dostupných technik pro velká spalovací
zařízení proto získalo velký zájem členských států, průmyslu i nevládních organizací pro
ochranu ţivotního prostředí.
V mnoha evropských zemích se zejména během posledních dvou desetiletí uskutečnily
podstatné investice do elektrárenských zařízení a jejich úpravy. Dopad spalování fosilních
paliv na ţivotní prostředí jako celek se mohl značně utlumit vyuţitím primárních a také
sekundárních opatření. Ale aby se dosáhlo záměru udrţitelnosti v dlouhodobém horizontu,
musí se ještě vynaloţit úsilí k dalšímu zdokonalování. Aţ dosud se legislativa a regulace
správními orgány pro ţivotní prostředí soustřeďovala hlavně na emise do ovzduší a vody.
Předpisy a prosazování byly významnou motivací ke zlepšení, kterého se aţ dosud dosáhlo.
Ale ti, kteří vyţadují od zařízení, aby se sníţil dopad jejich provozu na ţivotní prostředí,
nejsou jen správní orgány, ale také samotný průmysl, investoři, zákazníci, nejširší veřejnost
včetně politických seskupení, nevládní organizace pro ochranu ţivotního prostředí a média,
jenţ se všichni spoluúčastní jako zainteresované strany.
V rámci Technické pracovní skupiny existuje zřetelně shoda, ţe BAT pro velká spalovací
zařízení je koncepcí, v jejímţ rámci lze schválit řadu specifických technik. Jedná se o sloţitý
problém, který zahrnuje principy termodynamiky a vzájemné propojení charakteristik
spalovacího procesu. Je jasné, ţe provozování velkých spalovacích zařízení je závislé na
projektu zařízení a provozu, chladícím systému a na nákladech.
Koncepce BAT se vyvíjela z důrazem na prevenci znečištění při změnách technologie a na
zlepšení provozní praxe.Takový přístup znamená rozlišovat mezi novými i stávajícími
zařízeními, ale v tomto dokumentu se zdůraznilo, ţe regulační opatření u stávajících zařízení
mají tentýţ cíl. Jinými slovy uplatňuje se stejný přístup, ale moţnosti volby ke sniţování
dopadu jsou u stávajících zařízení omezenější. Proces výměny informací umoţnil uvést řadu
technik, které lze obecně, tak, jak se uvádějí v kapitolách 4 aţ 8, povaţovat za BAT.
Pokud se týká v rozsahu tohoto dokumentu problémů ţivotního prostředí, které souvisejí
s provozem velkých spalovacích zařízení, klade se důraz především na emise do ovzduší.
586
Neuvádí se dostatek údajů, které se povaţují za representativní a doporučuje se provést
ucelený přehled, který by byl schopen podat lepší obraz a mohl by potom slouţit jako
srovnávací úroveň účinnosti technik ke sniţování emisí. Bylo by zapotřebí dalšího průzkumu
údajů, které jsou k dispozici.
Pokud se v budoucnu budou uvádět údaje o emisích, doporučuje se udávat je odpovídajícím
způsobem včetně měrných objemů znečišťujících látek do ovzduší i koncentrací v odpadní
vodě a za referenčních podmínek (např. mg/Nm3; t/MJ; % kyslíku) tak, aby se specifické
emise mohly lépe porovnat se stanovenou referenční hladinou a uţivatelé je mohli lépe
pochopit. Při porovnávání působení různých spalovacích zařízení na ţivotní prostředí
napříč Evropou se dává přednost dostatečně kvalifikovaným údajům o měrných emisích.
To samé se uplatňuje při moţném znečišťování půdy ( např. k ţivotnímu prostředí ohleduplná
likvidace zařízení po jeho odstavení, prevence před nebezpečnými látkami unikajícími během
skladování, přepravy a pouţívání) a přihlíţí se k hlediskům zdraví a bezpečnosti. Pokud jsou
informace k dispozici, měly by se začlenit při revizi BREF.
V současné době z výměny informací u Technické pracovní skupiny vyplynuly pouze
omezené nebo nedostatečně kvalifikované informace o nákladech a/nebo úsporách
v souvislosti s BAT. Doporučuje se ale shromaţďovat podrobnější údaje o nákladech a
mezinárodní práce, které je sledují (např. Odborná skupina pro technicko-ekonomické
problémy) tak, aby se mohla v budoucnu provádět výměna informací. Měly by se zařadit
informace o měrných nákladech a úsporách, jako jsou opatření pro dobu amortizace a náklady
na jednotku.
Dříve neţ se tento BREF podrobí aktualizaci, mají členské státy poskytnout informace o
emisích a spotřebě energie společně se souvisejícími technikami a náklady tak, aby byly
transparentní a rychleji k dispozici. Důleţitým krokem k podpoře této práce by bylo, kdyby
členské státy a průmysl otevřeně zveřejnily údaje o kaţdém velkém spalovacím zařízení.
Z tohoto pohledu by bylo uţitečné začít s přehledem různých praktických postupů při
určování působení velkých spalovacích zařízení v Evropě na ţivotní prostředí a sdělováním
výsledků.
Identifikovala se řada technik a zvaţovaly se jako BAT, ale některé jsou ještě ve stádiu
vývoje a lze počítat, ţe se jako výsledek vývoje teprve objeví. Jejich pouţití a následky na
ţivotní prostředí se musí ale ještě posoudit. Část „Vývojové techniky, či techniky ve vývoji“
ve všech kapitolách ukazují některé příklady slibných technik, jeţ všechny dosáhly různého
stavu vývoje. Některé z těchto nových technologií se nedávno v odvětví zavedly. Například je
pravdou, ţe u zařízení kombinovaného cyklu s plynovou turbinou se dosáhlo aţ 60 %
účinnosti.
Dalším bodem k zamyšlení je rozlišovat mezi těţkým topným olejem (TTO) a lehkým
topným olejem (LTO), protoţe spalování těchto paliv vede k velkým rozdílům
v dosaţitelných úrovních emisí (prachu, těţkých kovů, oxidu siřičitého a NOx), stejně jako
zvaţovat související nutná technická opatření k dosaţení těchto hladin. Je třeba upozornit, ţe
nebyly náleţitě zohledněny specifické podmínky a poţadavky na spalování vysoce sirnatého
uhlí ve velkých spalovacích zařízeních.
587
Řada jednotek je připravena k uvedení do provozu s plným zatíţením. Očekává se, ţe
v průběhu několika let budou k dispozici výsledky z dlouhodobých zkoušek u různých
velkých spalovacích zařízení. Tyto zkušenosti by se mohly zařadit v době, kdy se bude
revidovat BREF a mohly by se přidat další příslušné techniky pocházející z vývoje.
Evropské společenství uvádí v činnost a podporuje prostřednictvím programů výzkumu a
vývoje technik série projektů, které se týkají čistých technologií, úpravy unikajících
znečišťujících látek a recyklačních technologií. V zásadě by se tyto projekty mohly stát
významným přínosem pro budoucí revize BREF. Uţivatelé dokumentu BREF se proto
vyzývají, aby informovali Evropskou kancelář pro IPPC o jakýchkoliv výsledcích výzkumu,
které by odpovídaly rozsahu tohoto dokumentu (viz také předmluva tohoto dokumentu).
583
Literatura
1 Corinair (1996): „CORINAIR Atmospheric emission inventory guidebook“ EMEP expert
panels/UNECE/ - „Příručka k inventarizaci emisí do atmosféry“;
2 ESAA (1999): „Emission estimation technique manual for fossil fuel power generation“,
Electricity supply association of Australia Ltd. – „Technická příručka pro hodnocení
emisí z výroby elektřiny při spalování fosilních paliv“;
4 OSPAR (1997): „Large combustion installations (>50 MWth). Emissions and reduction
in emissions of heavy metals and persistant organic compounds“, Oslo and Paris
Convention – „Velká spalovací zařízení (>50 MWtep.). Emise a sniţování emisí těţkých
kovů a persistentních organických sloučenin“;
5 HMIP (1995): „Combustion processes: Large boilers and furnaces (50 MWth) and over“,
Chief Inspector´s guidance note. Processes subject to integrated pollution control –
„Spalovací procesy: Velké kotle a topeniště (50 MWth) a více“. Procesy spadající pod
integrovanou regulaci znečištění;
10 Berdowski, J.J.M; Bass, J.; Bloos, J.J.; Visschedijk, A.J.H. a Zandveld, P.Y.J., (1997):
„The European emission inventory of heavy metals and persistant organic pollutants for
1990“ - Evropská inventarizace emisí těţkých kovů a persistentních organických
sloučenin za rok 1990;
11 EEA (1999): „Greenhouse gases and climate change“ – „Skleníkové plyny a změny
klimatu“;
12 IEA (2001): „Greenhouse gas emissions from power stations“ Greenhouse Gas R & D
programme – „Emise skleníkových plynů z elektráren“; Program vývoje a výzkumu
týkající se skleníkových plynů
13 Verbund (1998): „Umveltbericht 98, Kapitel 6 Der Treibhauseffekt“, Österreichische
Elektrizitätswirtschafts-Aktiengesellschaft (Verbundgesellschaft).
14 EEA (1999): „Annual European community greenhouse gas inventory 1990-1996“, M.
Richter. – „Výroční zpráva Evropského společenství o inventarizaci skleníkových plynů
v letech 1990 – 1996“
21 US EPA (1997): „EPA Office of compliance sector notebook project. Profile of the fossil
fuel electric power generation industry“ – „ Profil průmyslu výroby elektřiny z fosilních
paliv“.
25 ABB (2000): „SCONOX Ultra clean technology for reduction of CO and NOx”, ABB
Alstom Power; - “Ultra čistá technologie SCONOx ke sniţování CO a NOx“;
26 ABB (2000): „Combined cycle offshore, profitable with compact waste heat recovery
units“ – “Kombinovaný cyklus na plovoucích plošinách s blokovými jednotkami
spalinových kotlů”
584
27 Theodore, L. and Buonicore, A., (1992): „Air pollution control equipment“ – „Vybavení
ke sniţování emisí“;
29 Soud, H.N., (1995): „Developments in particulate control for coal combustion“, IEA coal
research; - „Vývoj ve sniţování tuhých částic při spalování uhlí“;
30 VDI (1998): „Electrostatic precipitators. Process and waste gas cleaning“ -
„Elektrostatické odlučovače. Postup a čištění odpadních plynů“.
32 Rentz, O.; Nunge, S.; Laforsch, M. and T., H. (1999):„Technical background document
for the actualisation and assesment of UN/ECE Protocols related to the abatement of the
transboundary transport of nitrogen oxides from stationary sources“ – „Dokument o
technickém zázemí pro aktualizaci a posouzení protokolů UN/ECE, které se týkají
sniţování dálkového přeshraničního přenosu oxidů dusíku ze stacionárních zdrojů“;
33 Ciemat (2000): „Flue gas cleaning“, Clean coal technologies handbook. Programa I+D
Ocicarbon.- „ Čištění spalin“;
34 Verbund (1996): „Umveltbericht 96, Kapitel 7 NOx-Reduktion“, Österreichische
Elektrizitätswirtschafts-Aktiengesellschaft (Verbundgesellschaft).
35 ERM (1996): „Revision of the EC emission limit values for new large combustion
installations (>50 MWth). Final report“, Environmental resources management. - „Revize
hodnot emisních limitů pro nová velká spalovací zařízení nad 50 MWtep. v ES“;
36 Lurgi (1999): „Cleaning of process and waste gases“- „Čištění provozních a odpadních
plynů“.
38 Soud, H.N. (2000): „Developments in FGD“ – „Vývoj v odsiřování spalin“.
39 ABB (2000):“Falkt-Hydro process. Flue gas desulphurisation by seawater scrubbing“ –
„ Odsiřování spalin vypíráním mořskou vodou“.
40 Soria, A.; Schrattenholter, L. and Akutsu, N. (1998): „Energy technology strategy 1995
– 2030: Opportunities arising from the threat of climate change“ – „Strategie pro
technologie výroby energie v letech 1995 – 2030: Zvýšené moţnosti ohroţení
z klimatické změny“;
41 IEA (1992): „Carbon dioxide capture from power stations“ – „Zachycování oxidu
uhličitého z elektráren“;
43 Wienstrom (2001): „ Simmering power station, light and heat for Vienna“- Elektrárna,
světlo a teplo pro Vídeň“;
44 Austrian Ministry of environment (2000): „Examples of techniques to be considered in
the determination of BAT „ – „ Příklady technik, o kterých se uvaţuje při určování
BAT“.
585
45 Eurovent (1998): „Proposal for a BREF document of cooling systems“, 61350027 –
„Návrh dokumentu BREF o chladících systémech“;
46 Caudron, L. (1991): „Les réfrigérants atmosphériques industrial“, editions Eyrolles. „
„Průmyslové vzduchové chladící systémy “;
48 VDI (1998): „VDI 3986, Ermittlung des Wirkungsgrades von komvemtopnellen
Kraftwerken (Entwurf). Determination of efficiencies of conventional power stations
(draft version)“ – „ Stanovení účinností konvenčních elektráren ( návrh)“;
49 Electrabel (1996): „Combined heat a power. A way towards rational use of energy“ –
„Kombinovaný cyklus výroby tepla a elektřiny. Způsob, který směřuje k racionálnímu
vyuţití energie“;
50 Korobitsyn, „.A. (1998). „New and advanced energy conversion technologies. Analysis
of cogeneration, combined and integrated cycles“ – Nové a moderní technologie
přeměny energie. Analýza kogenerace, kombinovaných a integrovaných cyklů“;
51 DIN (1996): „DIN 1942, VDI code of practice“.
53 El-Wakil, M.M. (1984): „ Power plant technology“ – „Elektrárenská technologie“;
54 Cortés, V.J. and Plumed, A. (2000): „ Principles and concepts of combustion
gasification and thermodynamic cykles“ – „Principy a koncepce thermodynamiky cyklů
spalování a zplyňování“;
55 Cengel, Y.A, and Boles, M.A. (1994): „ Thermodynamics, an engineering approach“ –
„ Termodynamika, technický přístup“;
56 Rogers, G.F.C. an Mayhew, Y.R. (1967): „Engineering thermodynamics, work an heat
transfer“ – „ Termodynamika ve strojírenství, přenos práce a tepla“;
57 Austrian ministry of environment (2000): „Power plant Leopoldau“ – Elektrárna
Leopoldau“;
58 Eurelectric (2001): „Eurelectric proposal for a best available techniques reference
document for large combustion plants „ – „Návrh Eurelectriku k referenčnímu
dokumentu o nejlepších dostupných technikách pro velká spalovací zařízení“;
59 Finnish LCP WG (2000): „ Finnish expert report on best available techniques in large
combustion plants“ – „Závěrečná zpráva expertů k nejlepším dostupným technikám pro
velká spalovací zařízení“;
60 Alakangas, E. (1998: „ Bioenergy in Finland, Review 1998“ VTT Energy – „
Bioenergie ve Finsku – Zpravodaj 1998 “;
61 MPS (1998): „ Advanced technology for Nordjyllandsvaerket Unit 3“ – „ Moderní
technologie pro norkou výrobní jednotku 3“.
62 Kallmeyer, D.; Pflugbeil, and Wick, W. (1998): Braunkohlekraftwerk mit optimierter
Anlagentechnik „, Energiewirtschaftliche Tagesfragen, str. 507 – 512.
586
63 Wärtsilä (2000): „Engine Driven Plant EU BREF document“, Wärtsilä Finland Oy. –
„BREF-dokument EU pro zařízení s motorovým pohonem“
64 UBA (2000): „Stand der Technik für Grossfeurung sanlagen in Österreich im Hinblick
auf die IPPC-RL“, Austrian Environment Agency Vienna.
65 Golland, E.S.: Machail, J. and Mainini, G. (1998): „Longannet demonstrates gas reburn
performance modern power systems“; –„Moderní systém výroby elektřiny
s dospalováním plynu“;
66 Hesselman,G.;Naja, T.; King, J.L.; Pasini, S. a Mainini, G. (2000): „ The demonstration
of coal over coal reburn at Vado Ligure Power Station“, Power-Gen International 2000,
Orlando, Florida, US; - „ Dospalování uhlím v elektrárně Vado Ligure“;
67 EPPSA (2001): „Primary measures to reduce nitrogen oxide emissions of bituminous
coal firing systems at dry bottom boilers – opposed firing systems with low NOx swirl
burners (DS burners)“; - „Primární opatření ke sniţování oxidů dusíku ze systémů
spalování kvalitního černého uhlí v granulačních kotlích“ – systémy spalování s
nízkoemisními hořáky (DS hořáky);
74 Alstom (2001): „ Electrostatic precipitators for power applications“- Elektrostatické
odlučovače u energetických zařízení“;
75 Hein, K.R.G.; Seifert, H.; Scheurer, W. a Richers, U. (2000): „Untersuchungen zum
Stand der Mitverbrennung von Klärschlamm, Hausmüll und Biomasse in
Kohlekraftwerken“.
77 IEPE/IPTS (2000): „Poles Baseline Projection (Prospective Outlook of energy
systems)“, IEPE/IPTS, Institute of prospective technological studies.
78 Finkeldei, L. (2000): „Personal communication“- „ Osobní sdělení“;
79 Bell, O. and Chiu, H-H (2000): „Combustion“ – „Spalování“;
80 Siemens (2000): „ Benson boilers for maximum cost effectiveness in power plants“,
Power generation group (KWU) – „Bensonovy kotle v elektrárnách s maximální
efektivností nákladů“;
82 Ciemat (2000): Repowering“, Clean coal technologies handbook, PROGRAMA I+D
OCICARBON- „ Navýšení elektrického výkonu“ – příručka čistších technologií pro
spalování uhlí;
83 Foster Wheeeler (1995): „Referenzunterlagen“.
84 Siemens (1999): „Using refinery residues and coal in IGCC plants provides clean an
efficient power“, Power generation group (KWU). – „ Vyuţití odpadů z rafinerie a uhlí
v zařízení IGCC k čisté a efektivní výrobě elektřiny“;
587
85 Itkonen, A. and Jantunen, M. J. (1989): „The properties of fly ash and fly ash
mutagenicity“, Encyclopedia of environmental control technology – „ Vlastnosti
polétavého popílku“ ;
87 Molero de blas, L.J. (1995): „Pollutant formation and interaction in the combustion of
heavy liquid fuels“ – “Tvorba znečišťujících látek a vzájemné působení při spalování
těţkých kapalných paliv“;
88 Euromont (2001): „EU BAT document on reciprocating engine driven power plant
technologies offering high environmental standard“, The European association of
internal combustion engine manufactures; „ Dokument EU o BAT pro elektrárenské
technologie s recipročním motorem, které nabízejí vysoký standard ochrany ţivotního
prostředí“;
90 ËCOBA v. Berg (1999): „CCP Utilization in European-Outstanding option and
continuous challenge“;
91 Kokk, A.; Kinni, J, and Niemelä, J. (2000): „ World´s largest biofuel fired CFB boiler
for Alhomens Kraft“ – Největší kotel s cirkulujícím fluidním loţem na světě pro
spalování biopaliva“;
92 VEAG (200): „ Die neuen Kraftwerke der VEAG – Kraft für die Zukunft“ ;
93 Powergen (2001): „Ratcliffe on Soar Power station. An overview of flue gas
desulphurisation“ – „Přehled o odsiřování spalin“;
94 Umwelt + Technik (2001): „ Entschwefelung, Dokumentation braun und Stein-
kohlenent -schwefelung in NRW“.
96 Helsinki energy (2001): „Vuosaari power plant A and B. Environmentally benign
energy generation“- „Elektrárna A a B Vuosaari. Výroba elektřiny příznivá pro ţivotní
prostředí“;
97 Euromot (2000): „The Euromot Briefing 2000“
98 DFIU (2001): „Exemplary investigation into the state of practical realisation of
integrated environmental protection with regard to large combustion plants in
Germany“, Karlsruhe French-Germany Institute for environmental research.- „
Příkladný průzkum stavu praktické realizace ochrany ţivotního prostředí jako celku
v souvislosti s velkými spalovacími závody v Německu“;
99 Oulun Energia (1997): Energy from Oulun“.
100 Kouvo, P. and Salmenoja, K.I. (1997): „Desulphurisation in peat fired circulating and
bubbling fluidised bed boilers“ – „ Odsiřování ve fluidních kotlích na rašelinu se
stacionárním a cirkulujícím loţem“.
101 Vaget, H. (2001): „Neues verbrennungssystem zur Energieerzeugung aus holzwerk-
stoffen und Gebrauchthölzern“, Holz-Zentralblatt, Stuttgart.
588
102 Fischer, M. (2000): „Wirtschaftliche Krauftwärmekopplung mit nachwachsenden
Brennstoffen am Beispiel KWK Gütersloh – Auslegung – Realisierung – erste
Betriebserfahrungen“
103 Kvarner Pulping Oy (2001): „Co-combustion of biomass and coal in fluidised bed
systems“ – „ Spoluspalování biomasy a uhlí ve fluidních systémech“.
104 Siemens (2001): „ The proven Model V 84.2 and V 94.2 Gas turbines“, Power
generation group (KWU). „Odzkoušení plynových turbin vzoru V 84.2 a V 94.2“;
105 Steen, M. (2001): „Greenhouse gas emissions from fossil fuel fired power generation
systems“ – „ Emise skleníkových plynů ze systémů výroby elektřiny spalujících fosilní
paliva“.
106 Sloss, L.L. (1997): „ Continuous emissions monitoring for coal-fired power stations“ –
„Kontinuální monitorování emisí z elektráren na uhlí“;
107 Davidson, R.M. (2000): „How coal properties influence emissions“ – „Jak vlastnosti
uhlí ovlivňují emise“;
108 Scott, D.H. (1997): „Improving existing power stations to comply with emerging
emissions standards“ – „Zlepšení provozu stávajících elektráren v souvislosti s plněním
emisních norem“;
110 Karkas, E. and Grammelis, P. (2000): „Study on the size and type of existing electricity
generating capacity using solid fuels within an enlarged EU“ – „ Studie o velikosti a
typu stávající kapacity pro výrobu elektřiny za pouţití pevných paliv v rámci rozšířené
EU“;
111 Eurogas (1998): „European gas network“ – „ Síť plynu v Evropě“;
112 Ekmann, J.M.; pamezan, M. and Harding, N.S. (1996): „Cofiring of coal and waste“ –
„Spoluspalování uhlí a odpadu“;
113 Verbundkraft (2002): „Dürnrohr power plant. A milestone in environmental protection“
– „ Elektrárna D- mezník v ochraně ţivotního prostředí“
114 Alstom (2001): „ Ultra low-NOx tangential firing systems for bituminous coal“, Power
boiler via EPPSA European power plant suppliers association – „ Tangenciální systémy
spalování kvalitního uhlí s ultra nízkými emisemi NOx“;
115 Epple, B.;: Brüggelmann, H. and Kather, A. (1995): „Low NOx tangential firing
systems for bituminous coal“, EVT-Register, Nr. 54, 1995 – „ Systémy tangenciálního
spalování s nízkými emisemi NOx“;
116 Kather, A. (1996): „Bituminous coal firing systems with high steam parameters“, EVT-
Register Nr. 55, 1996 – „ Systémy spalování kvalitního uhlí s vysokými parametry
páry“;
589
117 Marx, F.J.; Koch, G.; Schmigt, W. and Brüggelmann, H. (1997): „Low NOx
bituminous coal tangential firing systems of the power station unit Bexbach I”, EVT –
Register Nr. 56, 1997 – „ Systémy tangenciálního spalování kvalitního uhlí o nízkých
NOx v elektrárenské jednotce Bexbach I“;
118 Alstom (2001): „Example: Measures for CFBC power plants to enhance sulphur
capture, limestone consumption and carbon burn-out especially for low quality fuels
such as high sulphur lignite or anthracite“, Power boiler via EPPSA, European power
plant suppliers association; - „Příklad: Opatření pro elektrárny s fluidním kotlem
s cirkulujícím fluidním loţem spalující zejména nízkojakostní paliva jako je
vysocesirné hnědé uhlí nebo antracit, které spotřebovávají vápenec ke zvýšenému
záchytu síry, a s nedopalem uhlíku“;
119 Guinee, M.J.: „Measurement of emissions from offshore combustion – user´s
requirements“ Publication pending; - „Měření emisí ze spalování na plovoucích
plošinách – poţadavky uţivatelů“;
120 Bakken, L.E. a Skogly, L.: „ Parametric modelling of exhaust gas emission from natural
gas fired gas turbines“ ASME paper 95 GT-399 – „ Modelování parametrů emisí
výstupního plynu ze spalování zemního plynu v plynových turbinách“
121 Fripp, R.: „Intelligent optimisation and energy efficiency of pipeline gas compresors on
the National transportation system“, publication pending – „ Sofistikovaná optimalizace
a energetická účinnost kompresorů plynového vedení v Národním systému přepravy“;
122 Carstensen, C. and Skorping, R. (2000): „Experience with DLE turbines at offshore
installations“ – „ Zkušenosti s turbinami DLE u zařízení na plovoucích plošinách“;
123 DTI (2001): „Guidance notes on offshore combustion installations (prevention and
control pollution) regulations 2001“, Department of Trade and Industry; - „ Směrnice o
předpisech ke spalovacím zařízením na plovoucích plošinách z roku 2001“;
124 OGP (2000): „Large combustion plants operated offshore“, International association of
Oil & Gas producers; - „Velká spalovací zařízení provozovaná na plovoucích
plošinách“;
125 Evans, A. R. and McConnell, J. (1994): „Inter platform power distribution“ 26 th
Annual offshore technology conference; „Distribuce elektřiny mezi plošinami“;
126 Lurgi Lentjes Bischoff (2001): „The wet ammonia process“ – „Mokrá čpavková
metoda“;
127 Clarke, L.B. and Sloss, L.L. (1992): „Trace elements – emissions from coal combustion
and gasification“; - „ Emise stopových prvků ze spalování uhlí a zplyňování“;
129 Maier, H.; Dahl, P.; Gutberlet, H. and Dieckmann, A. (19921): „Schwermetalle in
kohlebefeuerten Kraftwerken“, VGB Kraftwerkstechnik;
590
130 Rentz, O.; Veaux, C. and Karl, U. (1996): „Ermittlung der Schwermetalallemissionen
aus stationären Anlagen in Baden-Württemberg und im Elsasm hier: Feuerungsanlagen,
project Europäisches forschungszentrum für Masnahmen zur Luftreinhaltung (PEF),
PEF 4 94 001;
131 Rentz,O.and Martel, C. (1998): „Analyse der Schwermetallströme in Steinkohle-
feuerungen unter besonderer Berücksichtigung des Betriebszustandes der Anlage,
Forschungsbericht“;
133 Strömberg, L. (2001): „Discussion on the potential and cost of different CO2 emission
options in Europe“, VGB PowerTech; - „ Diskuze o potenciálu a nákladech na různé
moţnosti volby při sniţování emisí oxidu uhličitého v Evropě“;
134 Houfar, D. (2001): „Efficiency and capacity potentials in existing power plants“, VGB
PowerTech;- „ Moţné účinnosti a kapacity u stávajících elektráren“;
135 Alstom Power (2002): „NID state of the art dry FGD technology“ – „Stav techniky
suché odsiřovací technologie NID“;
136 Fortum (2002): „RI-Jet low NOx burners“- „ Nízkoemisní hořáky“;
137 Elsen; Blumenthal; Götte; Kamm and Kossak (2001): „Planung und Bau der pilot
trocknungsanlage Niederausem“, VGB PowerTech;
138 Sandscheper, A. (2001): „Experience gained during the manufacture and installation of
a corrosion-protected heat pipe heat displacement system around the FGD unit in the
Maritsa East power station“ VGB PowerTech;- „ Zkušenost získaná během výroby a
montáţe systému tepelného potrubí s protikorozní ochranou u systémů přenosu tepla u
odsiřovací jednotky elektrárny“;
139 MATE (2001): “Hot-type, or ignifluid, fluidised bed technology”, Ministere de
l´Amenagement du territoire et de l´environment de France; - “Technologie fluidního
loţe horkého nebo záţehového typu;
140 NWS (2000): “Altbach/Deizisau Kraftwerksstandorf mit Zukunft”, Neckarwerke
Stuttgart AG.
141 Benesch (2001): Planning New coal fired power plants”, VGB PowerTech; -
“Plánování nových uhelných elektráren”;
142 Schmidt, W. and Dietl, R. (1999): „Technischer Grossversuch zur Mitverbrennung in
Biomase in einem Braunkohlekraftwerk“, VGB Kraftwerkestechnik
143 Kindler, W.; Ehrenstrasserm H.and Smidt, W. (2000): „Altholzmitverbrennung in
einem Braunkohlekraftwerk, Tagungsband zum“, VGB-Kongres „Kraftwerke 2000“;
144 CBT (1998): “CHP and power plants. Straw for energy production”; - Kogenerace a
elektrárny. Sláma pro výrobu elektrické energie a tepla”.
591
145 Sander, B. (2000): “Emissions, corrosion and alkali chemistry in straw-fired combined
heat and power plants”, First world conference on biomass for energy and industry;
“Emise, koroze a alkálie u kombinovaných cyklů spalujících k výrobě elektřiny a tepla
slámu”;
146 UFIP (2001): “Meilleures techniques disponible. Combustibles liquids et installations
de combustion de petites et moyennes puissances”, Union Francaise des Industries
Petrolieres; - “Nejlepší dostupné techniky. Kapalná paliva a spalovací zařízení o
malém a středním výkonu”;
147 Wärtsilä NSD (2001): “Engine driven power plants” – “Elektrárny poháněné motorem”
148 Euromot (2002): “Background paper on measured emission levels of liquid fuel-fired
engines”- “ Zápis o naměřených hodnotách emisí u motorů na kapalná paliva”;
149 Wärtsilä NSD (2001): ”Natural gas-fired engine power plant mobile” – “Mobilní
elektrárna s motorem na zemní plyn”;
150 Marathon OIL (2000): “ Personal communication” – “Osobní sdělení”;
153 Nieminen; Palonen and Kivelä (1999): „Circulating fluidised bed gasifier for biomass“,
VGB PowerTech; “ Zplyňování biomasy v cirkulujícím fluidním loţi”;
154 Maier; Waldhauser; Triebel and Buck (1999):Auswirkungen der versuchsweisen
Mitverbrennung von thermisch getrocknetem Klärschlamm in einem
Steinkohlekraftwerk“, VGB Kraftwerkstechnik;
155 Buck and Triebel (2000): Betriebserfahrung bei der Mitverbennung von
Klärschlämmen im Steinkohlekraftwerk Heilbronn“, VGB Kraftwerkstechnik
158 Wirling, J.; Schiffer, H.P. and Merzbach, F (2000): “Adsorptive Abgasreinigung bei der
Mitverbrennung von Kläschlamm in einem braunkohlebefeuerten Industriekraftwerk“,
VGB Kraftwerkstechnik;
159 Thomé-Kotminsky, K.-J.(1998):„Kläschlammentsorgung (Enzyklopädie der Kreislauf-
wirtschaft)“;
160 Rentz, O.;Sasse, H.; Karl, U.; Schleef, H.J. and Dorn, R. (1996): „Emission control at
stationary sources in the Federal republic of Germany, Volume II, Heavy metal
emission control”; - “ Sniţování emisí u stacionárních zdrojů ve Federativní republice
Německo: sniţování emisí těţkých kovů”;
161 Joisten, M.; klatt, A.; Römisch, H. and Sigling, R.: „Gas turbine using SINOx SCR
catalysts meeting power generation and environmental needs“- “ Plynová turbina pro
výrobu elektřiny s SCR za pouţití katalyzátorů SINOx splňuje poţadavky ţivotního
prostředí”;
162 Notter, W.; Gottschalk, J. and klitzke, O. (2002): “Rauchgasreinigung bei
Biomassekraftwerken”, Umwelt Magazin;
592
163 Müller-Kirhchenbauer, J. (2001): „Status and development of the power plant industry
in China and India“ VGB PowerTech; “Stav a vývoj průmyslu výroby elektřiny v Číně
a Indii”;
164 Lenk, U. a Voigtländer, P. (2001): „Use of different fuels in gas turbine“, VGB
PowerTech; - “Vyuţití různých paliv v plynové turbině”;
165 NWS (2001): “Kraftwerk Altbach, Das Heizkraftwerk”, Neckarwerke Stuttgart AG.
166 Müller - Kirchenbauer, J. (1999): „Technologietransfer und Importbedarf für die
Errichtung fortschrittlicher fossil befeuerter Kraftwerke in China und Indien und
Resultierende Rückwirkungen auf die ursprungsländer“;
167 Rigby, A.; Klatt, A.; Libuda, T. and Zürbig, J. (2001): “SCR: The most effective
technology for NOx reduction in large combustion plants”, NOXCONF: International
Conference on Industrial Atmospheric Pollution; - “Nejúčinnější technologie pro
sniţování emisí NOx u velkých spalovacích zařízení”;
168 US EPA (1997): “Mercury study, report to Congres, volume VIII: An evalution of
mercury control technologies and costs”, EPR – 452/R-97-010; - “ Zpráva pro kongres
ke studii o rtuti; Hodnocení technologie pro sniţování rtuti a náklady”;
169 Schaltegger, S. and Wagner, M. (2002): „Umweltmanagement in deutschen
Unternehmen – der aktuelle Stand der Praxis”;
170 UNI/ASU (1997):“Umweltmanagementbefragung – Öko-Audit in der mittelständischen
Praxis“-Evaluierung und Ansätze für eine Effizienzsteigerung von Umwelt-
managementsystemen in der Praxis“, Unternehmerinstitut / Arbeitsgemeinschaft
Selbständiger Unternehmer;
171 UN ECE (2002): “Control of mercury emissions from coal-fired electric utility boilers.
Note prepared by the secretariat based on information provided by the US delegation”,
United Nations Economic Commission for Europe; - “Sniţování emisí rtuti z
uţitkových uhelných kotlů k výrobě elektřiny. Sdělení připravené sekretariátem se
zakládá na informacích, které poskytla delegace USA”;
172 Garcia-Mallol, J.A.; Kukoski, A.E. and Winkin, J.P. (1999):……..
173 Garcia-Mallol, J.A.; McCarthy, K.; Fernandez, J.; Otero Ventin, P. et al. (2000):…..
174 Garcia-Mallol, J.A.;Simmerman, R.N. and Eberle, J.S. (2002):………
175 Petek, J. (2002): “Optimisation software” ;-“Optimalizace pomocí softwaru”;
176 Canadas, L. et al. (2001): “Heat rate and NOx optimisation in coal boilers using an
advanced in-furnace monitoring system”, Combined power plant air pollutant control
symposium (the Megasymposium); - “Tepelný výkon a optimalizace NOx v uhelných
kotlích za pouţití moderního systému monitorování uvnitř topeniště”;
593
177 Rodriguez, F. et al (2002): “OPTICOM: Advanced automatic monitoring system of
local combustion conditions for improving boiler performance in PC power plants”, UK
Meeting on coal research and its applications; “Moderní automatizovaný system
monitorování místních podmínek spalování ke zlepšení výkonu kotle na práškové uhlí v
elektrárně”;
178 ECSC (2001): “Application of advanced modelling techniques for coal utilization
processes. Furnace monitoring system to improve combustion and boiler efficiency
(OPTICOM) at unit 3 of Compostilla power station”, ECSC, Contract 7220-ED/096,
Final report; - “ Pouţití moderních technik modelování parametrů pro uhelné procesy;
Systém pro monitorování topeniště ke zlepšení spalování a účinnost kotle (OPTICOM)
u jednotky 3 v elektrárně Compostilla”;
179 Lehmann, B.; Nothdurft, R.; Sailer, W.;Strauss, J.H. and K., G.L. (2000): „ Ausführung
Werkstoffkonzepte und Qualitätsicherung der Rauchgasentschwefelungsanlage des
Heizkraftwerks 2 im Kraftwerk Albach Deizisau der Neckarwerke Stuttgart AG“, VGB
Kraftwerkstechnik;
180 Baukal, C.E. and Schwarz, R.E. (2001): „The John Zink combustion handbook“
181 Ceramics GmbH (2002): “SCR experiences on marine diesel engines – a clean fast
ferry”, Ship propulsion conference; - “ Zkušenosti s SCR u lodních dieselových
motorů”;
182 OSEC (1999): “Cost analysis of NOx control alternatives for stationary gas turbines
contract No. DE-FCO2-97CHIO877”, Onsite Sycom Energy Corporation; “Náklady na
analýzu NOx při alternativní regulaci u stacionárních plynových turbin”;
183 Calepa (1999): “Guidance for power plant siting and best available control technology”,
USA State of California; “Směrnice pro prostorové uspořádání elektrárny a nejlepší
dostupná technologie řízení”;
184 Krishnan, R. (2002): “Low NOx emissions achieved in Southern California”, Diesel &
Gas turbine worldwide; - “Nízké emise NOx dosaţené v Jiţní Kalifornii”;
185 Smith, D. J. (1995): “Combined cycle gas turbines: The technology of choice for new
power plants”, Power Engineering International; - “Kombinovaný cyklus s plynovými
turbinami: volba technologie pro nové elektrárny”;
186 Eurostat (2001): “Combined heat and power production (CHP) in the EU-summary of
statistics 1994 – 1998 “; - Souhrnná statistika o kogeneračních zařízeních na výrobu
elektřiny a tepla v EU”;
187 Eurostat (2002): “Combined heat and power production (CHP) in the EU- summary of
statistics 1994 – 1998 “;Cogeneration and on-site power production; - “Souhrnná
statistika o kogeneračních zařízeních na výrobu elektřiny a tepla v EU”;
189 Cadwell, D. (2001): “ISCA SOx, NOx, Hg control technology”, personal
communication; - “ Technologie sniţování SOx, NOx a Hg”;
594
190 Davis, L.B. and Black, S.H. (2000): “Dry low NOx combustion systems for GE Heavy-
duty gas turbines” GER-3568G”; “Spalovací systémy DLN u vysoce výkonných
průmyslových plynových turbin GE”;
191 GE (2002): “GE gas turbine. Particulate emissions“, GE power systems; - „ Plynové
turbiny GE. Tuhé emise”;
192 TWG (2003): “Comments from TWG to the second draft of LCP BREF” –
“Připomínky technické pracovní skupiny ke druhé verzi BREF o velkých spalovacích
zařízeních”;
193 EC (2001): “European pollution emission register” European environmental agency; -
“Evropský registr emisního znečištění “;
194 EC (2002): “Regulation (EC) No.761/2001 of the European Parliament and of the
Concil allowing voluntary participation by organisations in a Community eco-
management and audit scheme (EMAS), OJ L 114, 24.4.2001”- “Nařízení Evropského
parlamentu a Rady č. 761/2001/EC umoţňující dobrovolnou spolupráci organizací ve
Společenství na EMAS”
http://europa.eu.int/comm/environment/emas/index_en.htm and EN ISO 14001:1996
http://www.iso.ch/iso/en/iso9000-14000/iso14000/iso14000index.html;
195 Poland (2001): “Information provided by Poland and the Polish power generating
industry”; - “ Informace poskytnuté Polskem a polským energetickým průmyslem”;
196 ASME: “A combustion test facility for testing low NOx combustion systems”, ASME
paper, GT2002-30446; - “ Zkušební zařízení pro testování nízkoemisních spalovacích
systémů pro NOx”;
197 ASME: “Reduction of NOx and CO to below 2 ppm in a diffusion flame”, ASME
paper, GT2003-38208;- “ Sníţení NOx a CO pod 2 ppm v difusním plameni”;
198 ASME: “ The chronological development of the Cheng cycle steam injected gas turbine
during the past 25 years” – ASME paper, GT-2002-30119; - “Chronologický vývoj
Chengova cyklu injektáţe páry do plynové turbiny během minulých 25 let”;
199 Cheng (1997): “The new LM2500 Cheng cycle for power generation and co-generation
www.chengpower.com”, Energy conversion management, 38, pp. No.15-17;- “Nový
Chengův cyklus LM 2500 pro výrobu elektřiny a při kogeneraci”;
200 Southern Research Institute (2000): “ANR pipeline company parametric emission
monitoring systems (PEMS)”, Environmental technology verification report,
greenhouse gas technology verification center SRI/USEPA-GHG-VR-05, June 2000; -
“ Systémy monitorování emisních parametrů- PEMS “;
201 Macak III, J. (1996): “The Pros and Cons of predictive, parametric and alternative
emissions monitoring systems for regulatory compliance”, Air and waste management
association conference, 96-WP92.02; - “Systémy monitorování emisí alternativními
metodami monitorování výrobních parametrů”;
595
202 Lefebvre, A.H. (1998): “Gas turbine combustion”, Edwards Brothers, Ann Arbor, MI,
ISBN 1-56032-673-5; - “ Spalování v plynových turbinách”;
203 EPA, U. (2002): http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/waisidx_00/40cfr75_00.html,
U.S. Environmental Protection Agency (EPA).
204 The Cadmus Group, I. (2000): “Second draft task 4 PEMS Inventory”, The Cadmus
group, INC, Technical memorandum, May 2000; “Druhá verze úkolu 4, Inventarizace
PEMS”;
205 Tronci, S.; Baratti, R. and Servida, A. (2002). “Monitoring pollutant emissions in a 4,8
MW power plant through neural network”, Neurocomputing, 43, pp.3-15.-
“Monitorování znečišťujících látek v 4,8 MW elektrárně pomocí sítě neuronů”;
206 Pavilion (2003): „http://www.pavtech.com”, Pavilion technologies;
207 Underbakke, H. and Jakobsen, J.: “Energy optimisation and reduction of CO2 emissions
on the North Sea Sleipner gas production platform”, Statoil, ASME 2000-GT-348;
“Optimalizace energie a sniţování emisí CO2 z plynu na těţební plošině v Severním
moři”;
583
Vysvětlivky
Obecné termíny a substance
Termín Význam
alkálie příjemce protonu; substance, která více nebo méně ochotně
přijímá vodíkové ionty z vodného roztoku
anaerobní biologický proces, který se odehrává bez přítomnosti kyslíku
AOX adsorbovatelné organické halogenové sloučeniny. Celková
koncentrace v mg/l, vyjádřená jako chlor u všech
halogenových sloučenin (vyjma fluoru) přítomných ve vzorku
vody, které mají schopnost se adsorbovat na aktivní uhlík
biodegradabilní rozloţitelné fyzikálně a/nebo chemicky vlivem
mikroorganismů; například jsou biologicky rozloţitelné
mnohé chemikálie, potravinový odpad, bavlna, vlna a papír
BSK biochemická spotřeba kyslíku; mnoţství rozpuštěného kyslíku
potřebného pro mikroorganismus, aby rozloţil organickou
látku.Jednotkou měření je mg O2/litr. V Evropě se BSK měří
po 3, 5, nebo 7 dnech.
Braytonův cyklus viz příloha 10.1.3
Carnotův cyklus viz příloha 10.1.1.5
Chengův cyklus viz příloha 1.1.1.1
Clausův závod jednotka rekuperace síry. Více informací se uvádí v BREF o
rafineriích
CHSK chemická spotřeba kyslíku; mnoţství dvojchromanu
draselného, vyjádřeného jako kyslík, který je potřebný
k chemické oxidaci látek asi při 150 o C obsaţených
v odpadní vodě.
CFB Lurgi cirkulující fluidní loţe dle Lurgiho (nebo firmy Lurgi)
difuzní emise
(fugitivní emise)
emise, které vznikají z přímého kontaktu těkavých,nebo lehce
prašných látek s ţivotním prostředím (atmosférou, za běţných
provozních podmínek). Mohou pocházet z (ze):
- základního projektu vybavení (filtrů, sušáren)
- provozních podmínek (např. během přepravy materiálu
mezi zásobníky)
- typu provozu ( např. činností údrţby)
- nebo z postupného úniku do jiného média ( např. chladící
vody nebo odpadní vody)
Fugitivní emise spadají pod difusní emise
difusní zdroje zdroje o podobných fugitivních nebo přímých emisích,
kterých je více druhů a vyskytují se uvnitř definované oblasti
dolomit druh vápence, uhličitanová frakce, v níţ převaţuje minerál
dolomit, jedná se o uhličitan hořečnato-vápenatý CaCO3 .
MgCO3
dopady do více oblastí viz přenos vlivů z jednoho prostředí do druhého
DS suchá látka (obsah sušiny). Hmota, která zbývá z materiálu po
vysušení při standardní metodě analýzy
584
emise přímý nebo nepřímý únik látek, vibrací, tepla nebo hluku
z jednotlivých nebo rozptýlených zdrojů u zařízení do
ovzduší, vody nebo půdy
emise a úrovně spotřeby
spojené s pouţitím BAT
Viz část BAT
fugitivní emise emise způsobené netěsností zařízení/úniky; emise do
ţivotního prostředí způsobené postupnou ztrátou těsnosti
z částí zařízení projektovaného pro uzavřený obsah látek
(plynných nebo kapalných), coţ v zásadě působí rozdíly tlaků
a dochází k únikům. Příklady fugitivních emisí: únik z přírub,
čerpadel, izolace nebo vybavení s těsněním…..
Hardgrovův index obrusnosti číslo definující tvrdost uhlí
hodnoty emisních limitů hmotnost, vyjádřená v termínech určitých měrných ukazatelů,
koncentrace a/nebo úroveň emisí, která se nesmí překročit
během jednoho nebo více časových intervalů
IEF fórum pro výměnu informací (konsultačně-informační těleso
v rámci směrnice IPPC)
imise hladina znečišťujících látek, zápachu nebo hluku v ţivotním
prostředí (znečištění vzduchu ve volném prostoru)
kyselina dárce protonu; substance, která více nebo méně ochotně
uvolňuje vodíkové ionty do vodného roztoku
měrné emise emise vztaţené k referenčnímu základu, jako je kapacita
výroby, nebo skutečná výroba ( např. hmotnost na tunu, nebo
na jednotku produkce)
monitoring postup k posouzení nebo stanovení skutečné hodnoty a
odchylek u emisí nebo jiného ukazatele, zaloţený na
systematických metodách, periodickém nebo občasném
dozoru, inspekci, vzorkování a měření nebo jiných metodách
posouzení se záměrem poskytnout informace o emitovaných
mnoţstvích a/nebo trendech u emitovaných znečišťujících
látek
nafteny uhlovodíky obsahující jeden nebo více nasycených cyklů s 5
nebo 6 uhlíkovými atomy v molekule, na které se připojují
typy parafinů (přídavné jméno naftenický)
n.d. nevyuţívá se nebo není k dispozici (závisí na kontextu)
obrat zásob přebytečná kapacita
Ottův cyklus čtyřtaktní motor
primární opatření/technika technika, která určitým způsobem mění postup, kterým se
uskutečňuje zásadní proces, proto, aby se sníţily surové emise
nebo spotřeby (viz koncové techniky čištění)
proces s aktivním kalem proces úpravy kanalizačního kalu, při kterém bakterie
přivedené do organického odpadu nepřetrţitě cirkulují a
přicházejí do kontaktu s organickým odpadem za přítomnosti
kyslíku, čímţ se zvyšuje podíl rozloţeného kalu
program „teplo“ energetický program EU
585
provozovatel jakákoliv fyzická nebo právnická osoba, která provozuje nebo
řídí zařízení nebo, kde to umoţňuje legislativa státu, komu
byla udělena rozhodující ekonomická pravomoc nad
technickým fungováním zařízení
provzdušňování postup směšování kapaliny se vzduchem (kyslíkem)
přenos vlivů prostředím
(přenos vlivů z jednoho
prostředí do druhého)
vyhodnocení dopadů emisí do vody, ovzduší a půdy na
ţivotní prostředí, vyuţití energie, spotřeba surovin, hluk a
odběr vody (tj., vše, co vyţaduje směrnice IPPC)
Rankinův cyklus viz příloha 10.1.2
sekundární opatření/techniky viz koncové techniky
stávající zařízení zařízení v provozu, nebo, která v souladu s legislativou
existovala před datem, jímţ tato směrnice vstoupila
v platnost, zařízení úředně schválená nebo z hlediska
kompetentního orgánu spadající pod povolovací řízení za
předpokladu, ţe toto zařízení se začne provozovat nejpozději
jeden rok po datu, kterým vstoupila směrnice v platnost
techniky koncového čištění
(end-of-pipe)
techniky, které sniţují konečné emise nebo spotřeby pomocí
určitého přídavného postupu, ale nemění základní jádro
provozního procesu; synonymem jsou „druhotné techniky“,
(sekundární techniky), „ omezující (regulační) techniky“.
opačný význam mají „techniky integrované do procesu“,
„primární techniky“ (jde o techniku, která určitým způsobem
mění základní jádro provozního postupu, přičemţ se sniţují
surové emise nebo spotřeby)
vypouštěná látka fyzikální fluidum ( do vzduchu nebo vody spolu
s kontaminujícími látkami) tvoří je emise
vývojové techniky název standardní kapitoly v referenčních dokumentech
(BREF)
zařízení stacionární technická jednotka, kde se provádí jedna nebo
více činností vyjmenovaných v příloze l směrnice IPPC a
jakékoliv další přímo spojené činnosti, které mají technické
spojení s činnostmi prováděnými v daném místě, a které by
mohly mít vliv na emise a znečištění
znečišťující látka jednotlivá substance nebo skupina látek, která můţe poškodit
nebo negativně působit na ţivotní prostředí
586
Seznam zkratek
Zkratka Význam
T teplotní gradient
AF spalování obloukem
AFBC spalování ve fluidním loţi za atmosférického tlaku
AFBG zplyňovací zařízení s cirkofluidním loţem za atmosférického tlaku
AGR moderní dospalování plynem
AOX adsorbovatelné organické halogenové sloučeniny
ASTM Úřad pro normalizaci USA (v tomto případě se jedná o normy pro uhlí)
API Americký institut pro ropu
ASTM Norma vyvinutá v USA pro uhlí
BAT nejlepší dostupné techniky
BBF spalování sklopnými hořáky
BFB stacionární fluidní loţe
BFBC spalování ve stacionárním fluidním loţi
BFG vysokopecní plyn
BOD biochemická spotřeba kyslíku (BSK)
BOOS hořák mimo provoz
BREF referenční dokument o BAT
BTEX benzen, toluen, etylbenzen, xylen
CC kombinovaný cyklus
CCGT kombinovaný cyklus s plynovou turbinou
CCP produkty spalování uhlí
CEC Komise pro energii, Kalifornie
CEM kontinuální monitorování emisí
CEMS systém kontinuálního monitorování emisí
CETF zařízení pro spalování a testování ţivotního prostředí
CFB cirkulující fluidní loţe
CFBC spalování v cirkulujícím fluidním loţi
CHAT turbina s postupně zvlhčovaným vzduchem
CHP kombinovaná výroba tepla a elektřiny (kogenerace)
CIS země bývalého Sovětského svazu
COD chemická spotřeba kyslíku
daf suchá a bezpopelnatá báze
DBB granulační kotel
DENOX denitrifikace (odstraňování NOx)
DESONOX jednotlivé techniky ke sniţování SOx a NOx
DESOX technika odsiřování
DF dvojí palivo
DH dálkový rozvod tepla (centrální zásobování teplem)
DLE suchá spalovací komora pro předběţnou přípravu nízkoemisní směsi pro
plynové turbiny
DLN nízkoemisní emisní např. hořák (o nízkých NOx)
DLN suchá spalovací komora k předběţné přípravě směsi o nízkých NOx pro
plynové turbiny
587
DM/dm sušina (suchá báze )
DS burner hořáky s vírem
DS/ds obsah suché pevné substance
DSI přímá injektáţ sorpčního činidla
DWI přímá injektáţ (nástřik) vody
EDTA kyselina etylen-diamin-tetraoctová
EIPPCB Evropská kancelář pro IPPC
EGR recirkulace výstupních plynů
ELV hodnota emisního limitu
EMAS schéma řízení s ochranou ţivotního prostředí a auditu
EMS systém řízení na ochranu ţivotního prostředí
EO energetický výkon
EOR zvýšená rekuperace oleje (nafty)
EOP koncová technologie (end-of-pipe)
EOX extrahovatelné organické halogeny
EPER Evropský registr emisního znečištění
ESP elektrostatický odlučovač
EUF faktor vyuţití energie
EUR EUR-společná měnová jednotka v mnohých zemích EU-15
EU-15 15 členských států Evropské unie
FBC spalování ve fluidním loţi
FBCB kotel pro spalování ve fluidním loţi
FF tkaninový filtr
FEGT teplota plynu na výstupu z topeniště
FGC vyčištěné spaliny
FGD odsiřování spalin
FRB klasifikace uhlí vyvinutá ve Spojeném království
FGR dospalování spalin
GDP hrubý domácí produkt
GF spalování na roštu
GRP plasty se skelnými vlákny
GT plynová (spalovací) turbina
GTCC kombinovaný cyklus s plynovou turbinou
GWP potenciál celosvětového oteplování
HAT turbina se zvlhčeným vzduchem
HFO těţký topný olej
HHV spalné teplo
Hu výhřevnost
HRSG parogenerátor rekuperace tepla (spalinový kotel)
HP vysoký tlak
IEA Mezinárodní agentura pro energii
IEF Fórum pro výměnu informací
IEM Mezinárodní trh s elektřinou (Směrnice 96/92/EC)
IGCC kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním
IPC Zákon Spojeného království o integrovaném sniţování znečištění
IPPC Integrovaná prevence a sniţování znečištění
IPP samostatní výrobci elektřiny
588
I-TEQ jednotka koncentrace dioxinů zaloţená na toxicitě
JBR proudový reaktor (reaktor s dmýšními tryskami)
JRC Centrum společného výzkumu
lb libra
LCP velký spalovací závod (zařízení)
LFO lehký topný olej
LHV výhřevnost
LIMB injektáţ vápence vícestupňovým hořákem
LNB nízkoemisní hořák (o nízkých emisích NOx)
LOI ztráta při záţehu
LP nízký tlak
LPG kapalný naftový plyn
LVOC velkoobjemové organické chemikálie (BREF)
MCR zbytek s mikromnoţstvím uhlíku
MDF desky se střední hustotou vláken
MEA monoetylenamin
MMBtu milion Btu (britská tepelná jednotka)
MP střední tlak
NMHC nemetanové uhlovodíky
NMVOC nemetanové těkavé organické sloučeniny
NOXSO kombinovaná technika pro sniţování NOx a SOx. Více informací je v části
3.5.1.2
OECD Organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj
OFA přehřátý vzduch
PAH polyaromatické uhlovodíky
PC spalování práškového paliva
PAC práškové aktivní uhlí
PFBC spalování v tlakovém fluidním loţi
PCB polychlorované bifenyly
PCDD polychlorované dibenzodioxiny
PCDF polychlorované dibenzofurany
PEMS systém modelování emisních parametrů
PFF tkaninový filtr s upraveným povrchem (polishing fabric filter)
PI integrovaný do procesu
Pm primární opatření
PM10; PM2,5 pevné částice uvedené velikosti (tuhé znečišťující látky)
POM pevné organické částice
POPs persistentní organické sloučeniny
ppmvd části na milion objemu suchých plynů
PRV hodnota sníţeného tlaku
PSA adsorpce za výkyvu tlaku
QF ukazatelé jakosti
RDF palivo pocházející z odpadu
REF rekuperované palivo (palivo získané úpravou)
SC chlazení postřikem
SCONOX specifický proces sniţování NOx u plynových turbin
589
SCR selektivní katalytická redukce
SD rozprašovací sušárna
SDA absorbér rozprašovací sušárny (absorbér se suchým rozprašováním)
SDS pračka se suchým rozprašováním
SS suspendované částice
SF sekundární (druhotné) palivo
SG parní generátor
SME podnik malé aţ střední velikosti
SNCR selektivní nekatalytická redukce
SNRB kombinovaný proces techniky sniţování SOx a NOx s procesem ROX-Box
SRU jednotka pro získávání síry
STIG parní injektáţ plynu
SWTP úpravna mořské vody
TDS celkové rozpuštěné látky
TEF koeficient ekvivalentu toxicity
TEQ ekvivalent toxického mnoţství
TOPHAT turbina se zvlhčeným vzduchem, kde se vzduch injektuje do kompresoru
TS úhrn pevných částic (látek)
TSA adsorpce s výkyvem tepla
TSS celkové suspendované (pevné) částice
TWG technická pracovní skupina
UHC nespálené uhlovodíky
UHV spalné teplo
ULNTF tangenciální spalování se super nízkými NOx
UN ECE Ekonomická komise Spojených národů pro Evropu
USEPA Ministerstvo ţivotního prostředí (Agentura ochrany ţivotního prostředí), USA
VGB Vereinigung der Grosskraftwerksbetreiber
VI index viskozity
VOCs těkavé organické sloučeniny
waf bezvodý
WSA-SNOX specifický proces sniţování SOx a NOx
WBB výtavný kotel
WHB kotel odpadního tepla (spalinový kotel)
WHRU jednotka rekuperace odpadního tepla (spalinový kotel)
WI spalování odpadu ( viz BREF o spalování odpadu)
WS cirkulační víření (whirl-swirl)
WT úprava odpadu ( viz BREF o úpravě odpadu)
WWTP úpravna odpadní vody
590
Seznam zemí a měn (stav k 26.6.2002)
Seznam členských států
Zkrácený
název
Plný název Zkratka 1 Měna
2 Měna podle
kódu ISO 3
Rakousko Rakouská republika A EUR EUR
Belgie Belgické království B EUR EUR
Německo Spolková republika
Německo
D EUR EUR
Dánsko Dánské království DK dánská koruna DKK
Španělsko Španělské království E EUR EUR
Řecko Řecká republika EL EUR EUR
Francie Francouzská republika F EUR EUR
Finsko Finská republika FIN EUR EUR
Itálie Italská republika I EUR EUR
Irsko Irsko IRL EUR EUR
Lucembursko Velkovévodství
Lucemburské
L EUR EUR
Nizozemí Království Nizozemské NL holandský zlatý;
EUR
NLG;
EUR
Portugalsko Republika Portugalsko P EUR EUR
Švédsko Švédské království S švédská koruna SEK
Spojené
království
Spojené království Velké
Británie a Severního Irska
UK libra šterlinků GBP
1. V BREF je seznam členských států EU v anglickém abecedním pořadí, při vyuţití
zkratek, o nichţ rozhodli stálí představitelé
2. Dřívější měna (před EUR):
- Rakousko – rakouský šilink (ATS)
- Belgie – belgický frank (BEF)
- Německo – německá marka (DEM)
- Španělsko – španělská peseta (ESP)
- Řecko – řecká drachma (GRD)
- Francie – francouzský frank – (FRF)
- Finsko – finská marka – (FIM)
- Itálie – italská lira – (ITL)
- Irsko – irská libra (IEP)
- Lucembursko – lucemburský frank – (LUF)
- Portugalsko – portugalské eskudo- (PTE)
3. ISO 4217, jakoţto doporučené Generálním sekretariátem (SEC (96) 1820).
591
Rozšíření EU o kandidátské země
Zkrácený název Plný název ISO kód země 1 Měna ISO kód
měny 2
Bulharsko Bulharská republika BG leva BGN
Kypr Kyperská republika CY kyperská libra CYP
Česká republika Česká republika CZ česká koruna CZK
Estonsko Estonská republika EE estonská koruna EEK
Maďarsko Maďarská republika HU forint HUF
Lotyšsko Lotyšská republika LV lats LVL
Litva Litevská republika LT litas LTL
Malta Maltéská republika MT maltéská lira MTL
Polsko Polská republika PL zlotý PLN
Rumunsko Rumunsko RO rumunský ley ROL
Slovensko Slovenská republika SK slovenská koruna SKK
Slovinsko Slovinská republika SI tolar SIT
Turecko Turecká republika TR turecká lira TRL
Některé další země
Zkrácený název Plný název ISO kód země 1 Měna ISO kód
měny 2
Austrálie Australský svaz AU australský dolar AUD
Kanada Kanada CA kanadský dolar CAD
Island Islandská republika IS islandská koruna ISK
Japonsko Japonsko JP yen JPY
Nový Zéland Nový Zéland NZ novozélandský
dolar
NZD
Rusko Ruská federace RU nový rubl;
ruský rubl
RUB;
RUR
Švýcarsko Švýcarská konfederace CH švýcarský frank CHF
Spojené státy Spojené státy americké US americký dolar USD
1. ISO 3166
2. ISO 4217
Úplný seznam (všech zemí) můţete nalézt pod Interinstitutional Style Guide:
http://eur-op.eu.int/code/en/en-5000500.htm
592
Společné jednotky, míry a symboly
Označení Význam
atm normální atmosféra (1 atm= 101325 N/m2 )
bar bar (1,013 barů =1 atm)
barg barový rozsah (bar + 1 atm)
billion miliarda (10 9)
Bq becqurel (s-1
)– jednotka aktivity radionuklidu oC stupně Celsia
cgs centimetr gram sekunda. Systém měr nyní ve značném rozsahu nahrazují
jednotky SI
cm centimetr
cst Centistokesy = 10-2
stouksů ( Stokesův zákon)
d den
g gram
GJ gigajoule
GW gigawat
GWh gigawathodina. Také terawathodina (TWh), megawathodina (MWh),
kilowathodina (kWh)
GWhe gigawathodina elektrická, i terawathodina elektrická (TWhe), atd.
Hz hertz
h hodina
ha hektar (10 000 m2)
J joule
K Kelvin (OoC = 273,15 K)
kA kiloampér
kcal kilokalorie (1 kcal = 4,19 kJ)
kg kilogram (1 kg = 1000 gramů)
kJ kilojoule (1 kJ = 0,24 kcal)
kPa kilopascal
kt kilotuna
kWh kilowathodina (1 kWh = 3600kJ = 3,6 MJ)
l litr
m metr
m2 metr čtvereční
m3
metr krychlový
mg miligram (1 mg = 10-3
gramu)
MJ megajoule (1MJ = 1000 kJ=10 6 J
mm milimetr (1mm = 10 –3
m)
m/min metr za minutu
mmWG Milimetr vodního sloupce
Mt megatuna (1Mt = 10 6 tun)
Mt/yr megatuny za rok
mV milivolty
MWe megawaty elektrické
MWth megawaty tepelné
593
ng nanogram (1ng = 10 –9
gramu)
Nm3 normální metr kubický (při 101,3 kPa a 273 K)
Pa pascal
ppb část na bilion
ppm část na milion (hmotnostní)
ppmv část na milionu (objemová)
s vteřina
sq ft čtvereční stopa (= 0,092 m2)
St stokes; stará jednotka kinematické viskozity (1 St= 10 –6
m2/s)
t metrická tuna (1000 kg nebo 10 6 gramů)
t/d tuny za den
trilion 1012
t/yr tuny/rok
V volt
vol. % objemová %
W watt (1W = 1J/s)
wt. % hmotnostní %
yr rok
okolo, více nebo méně, přibliţně
T změna teploty (teplotní gradient)
µm mikrometr ( 1µm= 10 –6
m)
% v/v objemová procenta (také vol. %)
% w/w hmotnostní procenta (také wt. %)
594
Seznam chemických prvků
Název Symbol Název Symbol
Aktinium Ac Rtuť Hg
Hliník Al Molybden Mo
Americium Am Neodym Nd
Antimon Sb Neon Ne
Argon Ar Neptunium Np
Arsen As Nikl Ni
Astat At Niob Nb
Bárium Ba Dusík N
Berkelium Bk Nobelium No
Berylium Be Osmium Os
Vizmut Bi Kyslík O
Bór B Paládium Pd
Brom Br Fosfor P
Kadmium Cd Platina Pt
Vápník Ca Plutonium Pu
Kalifornium Cf Polonium Po
Uhlík C Draslík K
Cér Ce Praseodym Pr
Césium Cs Promethium Pm
Chlor Cl Protaktinium Pa
Chrom Cr Radium Ra
Kobalt Co Radon Rn
Měď Cu Rhenium Re
Curium Cm Rhodium Rh
Dysprosium Dy Rubidium Rb
Einsteinium Es Ruthenium Ru
Erbium Er Ruthefordium Rf
Europium Eu Samarium Sm
Fermium Fm Skandium Sc
Fluor F Selen Se
Francium Fr Křemík Si
Gadolinium Gd Stříbro Ag
Galium Ga Sodík Na
Germanium Ge Stroncium Sr
Zlato Au Síra S
Hafnium Hf Tantal Ta
Helium He Technecium Tc
Holmium Ho Telur Te
Vodík H Terbium Tb
Indium In Thalium Tl
Jód I Thorium Th
Iridium Ir Thulium Tm
Ţelezo Fe Cín Sn
595
Krypton Kr Titan Ti
Lantan La Wolfram W
Lawrencium Lr Uran U
Olovo Pb Vanad V
Litium Li Xenon X
Lutécium Lu Yterbium Yb
Hořčík Mg Ytrium Y
Mangan Mn Zinek Zn
Mendelevium Md Zirkon Zr
Předpony jednotek SI
symbol předpona výraz číselné vyjádření
Y yota 1024
1 000 000 000 000 000 000 000 000
Z zeta 1021
1 000 000 000 000 000 000 000
E exa 1018
1 000 000 000 000 000 000
P peta 1015
1 000 000 000 000 000
T tera 1012
1 000 000 000 000
G giga 109 1 000 000 000
M mega 106 1 000 000
k kilo 103 1 000
h hekto 102 100
da deca 101 10
---- ------- 1 jednotka 1
d deci 10-1
0,1
c centi 10-2
0,01
m mili 10-3
0,001
µ mikro 10-6
0,000 001
n nano 10-9
0,000 000 001
p piko 10-12
0,000 000 000 001
f femto 10-15
0,000 000 000 000 001
a atto 10-18
0,000 000 000 000 000 001
z zepto 10-21
0,000 000 000 000 000 000 001
y yocto 10-24
0,000 000 000 000 000 000 000 001
583
617
10 Přílohy
10.1 Příloha 1: Principy spalovacích cyklů (pracovních oběhů) a pojetí účinnosti
Aby se veřejnosti napomohlo pochopit referenční dokument o nejlepších dostupných
technikách (BREF), poskytuje tato příloha krátké vysvětlení principů a koncepcí cyklů
spalování, protoţe jde o teorii, na které je zaloţena technologie elektrárny a projekt i techniky
velkého spalovacího zařízení /54 Cortés, 2000/. K získání podrobnějších informací o teorii
termodynamických cyklů spalování fosilních paliv a o výrobě energie se doporučují
uţivatelům následující odkazy na zdroje, které se pouţily jako podkladový materiál pro tuto
část dokumentu /55, Cengel a Boles, 1994/; /56, Rogers and Mayhew, 1967 /; /53, El-Wakil,
1984/; /50, Korobitsyn, 1998/; /58, Eurelectric, 2001/; /80, Siemens, 2000/; /49, Electrabel,
1996/.
10.1.1 Principy termodynamiky
10.1.1.1 První zákon termodynamiky
Termodynamika je obor fyziky, ve kterém se studuje pojetí energie, pojmy související s
energií a jejich charakteristiky. Jak je tomu obvykle ve fyzice, je termodynamika zaloţena na
indukci; zákony, které popisují fyzikální vlastnosti energie byly formulovány na základě
pozorování skutečnosti. Nazývají se zákony termodynamiky.
Podle prvního zákona je energie vţdy zachována; nevzniká, ani se neztrácí. Energie systému,
který podléhá změně ( procesu), se můţe zvýšit nebo sníţit při výměně s okolím a můţe se
přeměňovat z jedné své formy do jiné v rámci téhoţ systému. Je tudíţ jednoduché dodrţovat
scénář zákona, který deklaruje výměnu a přeměnitelnost energie a stará se o to, aby se
všechna energie, dojde-li ke změně, vyrovnala. První zákon neuvádí, zda přeměna energie
z jedné formy do jiné proběhla dokonale nebo ne, nebo zda se určité formy mohou zcela
přeměnit na jiné. Taková vymezení se přenechávají druhému zákonu.
10.1.1.2 Druhý zákon termodynamiky
Jak se zdůraznilo v předchozích odstavcích, energie se patřičně přeměňuje a není znám ţádný
proces, který by pravidla prvního zákona termodynamiky porušoval. Je tedy logické, aby se
vyvodily závěry, ţe k tomu, aby proces nastal, musí splňovat první termodynamický zákon.
Ale, jak se osvětlí dále, samotné splnění 1. zákona nezajišťuje, ţe k procesu skutečně dojde.
Pochody probíhají určitým směrem, ale ne ve směru opačném. První zákon nevykazuje ţádná
omezení směru pochodu, ale vyhovět 1. zákonu ještě nezaručuje, ţe proces skutečně nastane.
Tento nedostatek prvního zákona uvést, zda proces můţe proběhnout, napravuje zavedení
dalšího obecného principu a sice druhého zákona termodynamiky.
Pouţití druhého zákona termodynamiky se však neomezuje na identifikování směru procesů.
Druhý zákon také prohlašuje, ţe energie má nejen kvantitu, ale také kvalitu. První zákon se
zabývá mnoţstvím energie a přeměnou energie z jedné formy do jiné, bez zřetele na její
kvalitu. Zachování kvality energie je hlavním zájmem techniků a druhý zákon poskytuje
potřebné prostředky ke stanovení kvality stejně jako stupně dělení energie během procesu.
Výše uvedené prohlášení slouţí jako počáteční bod pro následující formulaci 2. zákona:
618
energie se skládá ze dvou sloţek, jedna část je zcela přeměnitelná na jiné formy energie
(nazývá se exergie) a jedna část se nepřeměňuje vůbec ( nazývá se anergie)
při jakémkoliv skutečném pochodu se část exergie nevratně přemění na anergii
10.1.1.3 Entalpie a entropie
Entalpie představuje mnoţství energie, kterou má termodynamický systém k přenosu mezi
sebou samým a svým okolím. Například při chemické reakci je změnou entalpie systému
teplo reakce. Ve fázi změny, jakou je přechod z formy kapalné do plynné např. u vroucí
vody v parním generátoru, je entalpií systému výparné teplo. Při jednoduché teplotní změně je
změna entalpie o jeden stupeň dána kapacitou systému při konstantním tlaku. Matematicky se
entalpie H definuje jako U + PV, kde U je vnitřní energie, P je tlak a V je objem.
Pojem entropie první zavedl v roce 1865 Rudolf Clausius. Povšiml si, ţe určitý podíl energie
ve vratném ( reversibilním) nebo ideálním tepelném cyklu je konstantní tam, kde je cyklus
obecně řadou procesů, které začínají a končí stejným stavem a tedy se mohou donekonečna
opakovat nebo tak dlouho, jak je třeba. Poměřilo se vyměněné teplo k absolutní teplotě.
Clausius rozhodl, ţe zachovaný poměr musí odpovídat skutečnému fyzikálnímu mnoţství a
nazval jej „ entropie“.
V uzavřeném systému se entropie musí definovat jako kvantitativní míra mnoţství energie,
která není k dispozici pro konání práce. Tedy jde o negativní druh mnoţství, naproti energii,
která je k dispozici, nebo jinými slovy míra neuspořádanosti nebo nahodilosti.
10.1.1.4 Pojetí reversibility (vratnosti)
Reversibilní proces se definuje jako proces, který se můţe vrátit, aniţ by zanechal nějakou
stopu na svém okolí. To znamená, ţe jak systém, tak bezprostřední okolí se vrátí na konci
vratného pochodu do svého počátečního stavu. To je moţné pouze tehdy, pokud při spojeném
pochodu (původním a vratném) jsou výsledná výměna tepla a výsledná výměna práce mezi
systémem a okolím nulové. Pochody, které vratné nejsou se nazývají pochody ireversibilními
(nevratnými).
Je třeba zdůraznit, ţe systém můţe obnovit svůj počáteční stav vlivem následujícího procesu,
bez ohledu na to, zda proces je vratný nebo nevratný. Ale při pochodech vratných k této
obnově dochází bez jakékoliv skutečné změny okolí, kdeţto při nevratných pochodech
vykonává okolí obvykle nějakou práci v systému a nemůţe se tedy vrátit do svého původního
stavu.
Reversibilní (vratné) pochody v přírodě ve skutečnosti nenastávají. Jsou pouhou idealizací
skutečných pochodů. Na reversibilní (vratné) pochody lze pohlíţet jako na teoretické limity
k odpovídajícím ireversibilním (nevratným) dějům. Některé pochody mají vyšší míru
nevratnosti neţ jiné. My nejsme nikdy schopni dosáhnout reversibilního (vratného) pochodu,
ale můţeme se mu do určité míry přiblíţit. Čím více práce odevzdává výrobní zařízení nebo
méně práce potřebuje zařízení práci spotřebovávající, tím těsněji aproximujeme reversibilní
pochod.
619
Pojetí reversibilních pochodů vede k definici účinnosti dle II. zákona termodynamiky pro
skutečné pochody, coţ je určitá míra aproximace vůči odpovídajícím reversibilním
pochodům. To nám umoţňuje porovnat, na základě jejich účinností, výkonnost různých
zařízení, která jsou určena k tomu, aby vykonávala stejný úkol. Lepší projekt, niţší míra
nevratnosti a vyšší účinnost dle II. zákona.
Faktory, které působí, ţe je proces ireversibilní (nevratný) se nazývají ireversibility (ukazatele
ireversibility). Zahrnují tření, neomezenou expanzi, mísení dvou plynů, přenos tepla
teplotním rozhraním, elektrický odpor, nepruţnou deformaci pevných látek a chemické
reakce. Přítomnost kteréhokoliv z těchto vlivů způsobí ireversibilní proces. Reversibilní
pochod neobsahuje ţádný z nich.
10.1.1.5 Ideální cyklus (Carnotův cyklus)
Sadi Carnot navrhl ideální cyklus, při kterém pracující tepelný stroj přijímá teplo o vyšší
konstantní teplotě (Ta) a odevzdává o niţší konstantní teplotě (Tb). Obsahuje dva vratné
adiabatické8 (izoentropické
9 ) pochody. Kdyţ je pracovní kapalinou voda, získají se snadno
ohřevem a ochlazením při konstantní teplotě a tlaku dva isotermické10
pochody, přičemţ
pracovním médiem je voda a vodní pára. Cyklus je znázorněn na T-s diagramu páry na
následujícím obrázku a schematickém náčrtku, který jej doprovází.
Obr. 10.1: Ideální Carnotův cyklus
Vysvětlivky: T = teplota; s = pára
V Carnotově, neboli ideálním cyklu, se voda ve stavu 1 nechá pomocí tepla odpařit v kotli za
konstantního tlaku a přechází v podobě nasycené páry do stavu 2. Pára potom expanduje beze
změny entropie do stavu 3, přičemţ vykonává práci v turbině nebo v pístovém motoru. Po
expanzi pára částečně kondenzuje za konstantního tlaku, a přitom se uvolňuje teplo.
Kondenzace se zastaví při stavu 4, kde s 4 = s1. Nakonec se pára stlačí beze změny entropie
v rotačním nebo pístovém kompresoru a dospěje se do stavu 1.
___________________________ 8
adiabatický znamená takový děj, při kterém nedochází k výměně tepla s okolím 9 izoentropický znamená, ţe nedochází ke změně entropie
10 isotermický znamenám ţe nedochází ke změně teploty
620
Carnotův cyklus je nejúčinnějším cyklem, který můţe konat práci mezi zdrojem tepelné
energie o teplotě Ta a systémem o niţší teplotě Tb a jeho tepelná účinnost je vyjádřena jako:
Tb
η Carnot = 1 - ------
Ta
Reversibilního isotermického přenosu tepla je ve skutečnosti velmi těţké dosáhnout, protoţe
by to vyţadovalo obrovské výměníky tepla a trval by velmi dlouhou dobu. Proto není
praktické postavit motor, který by se provozoval v systému, jenţ se přibliţuje těsně ke
Carnotovu cyklu.
Skutečný význam Carnotova cyklu spočívá v tom, ţe se stává normou, proti které se mohou
porovnat skutečné nebo ostatní ideální cykly. Tepelná účinnost Carnotova cyklu je pouze
funkcí rozdílu teplot mezi zdrojem tepelné energie a systémem o niţší teplotě. Definice
tepelné účinnosti při Carnotově cyklu přináší významné sdělení, které lze rovněţ uplatnit jak
na ideální, tak skutečné cykly a to:
- tepelná účinnost se zvyšuje s růstem průměrné teploty, při níţ se do systému dodává teplo,
nebo s poklesem průměrné teploty, při níţ se teplo ze systému odevzdává.
Celková tepelná účinnost elektrárny se vhodně měří podílem latentní energie v palivu, který
se přeměňuje na uţitečnou mechanickou práci. Celková účinnost se můţe vyjádřit jako
výsledek dvou účinností:
a) účinnosti spalování, která vyjadřuje podíl latentní energie v palivu převedené jako teplo
do pracovního média
b) účinnosti cyklu, jeţ vyjadřuje podíl tohoto tepla, které se přeměnilo v mechanickou práci
10.1.1.6 Vlastnosti páry (voda - pára)
Prvním krokem v návrhu zařízení pro výrobu páry a uplatnění cyklu jak pro přenos energie
tak tepla nebo obojího je zjistit spolehlivé informace o vlastnostech páry. Tabelované stavové
veličiny páry v současnosti pouţívané jsou obsaţeny v Tabulkách páry ASME, 1967,
zaloţené na dohodách, které se dosáhly na 6. mezinárodní konferenci o vlastnostech páry.
Tabulky páry zahrnují odpovídající tlaky a teploty při rovnováze mezi kapalinou a nasycenou
parou. Pára po nasycení zahřívaná na vyšší teplotu je přehřátá pára. Voda ohřátá na teplotu
pod bod nasycení ( podchlazená voda) se označuje v tabulkách páry jako stlačená voda. (Voda
pod mezí sytosti je běţně označována jen jako voda). V tabulkách páry jsou uvedeny
vlastnosti pro rozpětí přehřáté páry a stlačené vody také včetně důleţitých vlastností, jako je
měrný objem, měrná entalpie, a měrná entropie při specifikovaných teplotách, tlacích a
stavech (kapalném nebo plynném). Tyto tzv. intenzivní vlastnosti jsou takové, které jsou
nezávislé na hmotnosti; jsou také nezávislé na typu pochodu nebo jakémkoliv proběhlém ději.
621
Jsou to stavové a termodynamické veličiny potřebné pro numerické řešení, aby se určily a
představily problémy, které se týkají páry při přenosu tepla a energie. Speciální význam
důleţitých vlastností entalpie vyplývá ze zákonů termodynamiky.
Naštěstí se v technických úlohách pracuje hlavně se změnami nebo rozdíly v entalpii a
entropii a není u těchto vlastností nutné stanovit absolutní nulu, i kdyţ to lze udělat v případě
entropie. Tabulky páry uvádějí libovolnou nulovou vnitřní energii a entropii pro kapalný stav
vody v trojném bodě, který odpovídá 273,16 K a tlaku páry o 611,22 Pa. Entalpie vody je za
těchto podmínek slabě pozitivní.
Zůstalo zvyklostí je, ţe energetický průmysl uţívá jako nulu entalpie vzduchu a produktů
spalování 300 K a 101353 Pa, ačkoliv se tato praxe nerozšířila do ostatních souvisejících
technických oblastí. Obecnější reference se opírá o tlak 1 atmosféry (101353 Pa) a 25 ºC
(298,16 K). (U nás jsou respektovány spíše parametry 273,15 K a 1010325 Pa - připomínka
české pracovní skupiny k BREF o velkých spalovacích zařízeních).
K němu jsou vztaţena jako ke standardnímu referenčnímu bodu v seznamu vyjmenovaná
tepla při tvorbě sloučenin z prvků za jejich standardního stavu, latentní tepla při fázových
přeměnách, volná energie a další důleţité termodynamické veličiny.
10.1.2 Rankinův cyklus jako standardní cyklus pro parní elektrárny
Existují dva hlavní důvody, proč se Carnotův cyklus v praxi nevyuţívá. Prvním je, ţe má
nízký podíl práce. Druhým důvodem jsou praktické potíţe spojené s kompresí. Bylo by těţké
regulovat pochod kondenzace tak, aby se zastavil ve stavu 4 (obr. 10.1) a potom provádět
účinně kompresi velmi mokré páry. Voda má tendenci oddělit se od páry a kompresor by se
musel vyrovnat s nehomogenní směsí. Navíc je objem mokré páry velký a kompresor by měl
velikost a náklady srovnatelné s turbinou. Na druhou stranu je poměrně snadné nechat páru
úplně zkondenzovat a stlačit vodu malým napájecím čerpadlem.
Další neproveditelné záleţitosti spojené s Carnotovým cyklem se mohou eliminovat pomocí
přehřátí páry v kotli, jak schematicky ukazuje T-s diagram na obr. 10.2.
Cyklus, který z toho plyne je Rankinův cyklus, jenţ je ideálním cyklem pro parní elektrárny.
Ideální Rankinův cyklus nezahrnuje ţádné vnitřní ireversibility a obsahuje následující
pochody:
1-2 izoentropickou kompresi v čerpadle ( beze změny entropie)
2-3 předané teplo v kotli při konstantním tlaku
3-4 izoentropickou expansi v turbině
4-5 teplo odevzdané v kondenzátoru při konstantním tlaku
Bez propočtu je evidentní, ţe účinnost tohoto cyklu bude menší neţ Carnotova provozovaná
mezi stejnými teplotami, protoţe veškeré dodané teplo se na vyšší teplotu nepřevede. Určité
teplo se přidává, přičemţ teplota pracovního média kolísá z T2 na T2´. Z porovnaných ploch u
obou cyklů je také zřejmé, ţe čistý pracovní výkon vztaţený na 1 kg páry je u Rankinova
cyklu větší.
622
Obr. 10.2: Jednoduchý ideální Rankinův cyklus
10.1.2.1 Externí faktory ireversibilního Rankinova cyklu
Skutečný cyklus parní elektrárny se liší od ideálního Rankinova cyklu, jak znázorňuje obr.
10.3, jako důsledek ireversibilních faktorů rozličných sloţek. Tření v kapalině a neţádoucí
ztráta tepla do okolí jsou dvěma nejobvyklejšími zdroji faktorů ireversibility.
Obr. 10.3: Odchylka skutečného cyklu parní elektrárny od ideálního Rankinova cyklu
Viskozita kapaliny způsobuje tlakové ztráty v kotli, kondenzátoru a potrubním vedení.
Výsledkem je, ţe pára opouští kotel s poněkud niţším tlakem. Také tlak na vstupu do turbiny
je poněkud niţší neţ ten na výstupu z kotle následkem tlakové ztráty ve spojovacím potrubí.
Tlaková ztráta v kondenzátoru je obvykle velmi malá. Aby se tyto tlakové ztráty vyrovnaly,
musí se voda stlačit na dostatečně vyšší tlak, neţ vyţaduje ideální cyklus. To vyţaduje větší
čerpadlo a větší příkon práce čerpadla.
623
Dalším hlavním zdrojem ireversibility je ztráta tepla z páry do okolí, jak pára prochází
různými sloţkami. K udrţování stejné úrovně čistého pracovního výkonu je třeba, aby do páry
v kotli přešlo více tepla a tyto neţádoucí tepelné ztráty se vyrovnaly. Pokud jde o výsledek,
účinnost cyklu klesá.
Zvláštní důleţitost zaujímají faktory ireversibility, které nastávají v čerpadle a turbině.
Následkem faktorů ireversibility potřebuje čerpadlo větší pracovní příkon a turbina produkuje
menší pracovní výkon.
Při analýze parního výkonu skutečných cyklů je třeba zvaţovat i další faktory. Například
v současných kondenzátorech je kapalina obvykle podchlazená, aby se předešlo vzniku
kavitace (tvoření prostorových dutin), rychlému odpaření a kondenzaci kapaliny v sání
odstředivého čerpadla, coţ ho můţe případně poškodit. Další ztráty nastávají u loţisek mezi
pohybujícími se částmi jako následek tření. Pára, která uniká během cyklu ven a vzduch, který
proniká do kondenzátoru představují dva další zdroje ztrát. Nakonec se při hodnocení čistého
výkonu současných elektráren započítává i energie spotřebovaná pomocnými zařízeními- tzv.
vlastní spotřeba.
10.1.2.2 Zlepšení účinnosti Rankinova cyklu
Základní myšlenka všech opatření ke zvýšení tepelné účinnosti cyklu výroby elektřiny je
tatáţ: zvýšení průměrné teploty, při které se teplo převádí do páry v kotli, nebo sníţení
průměrné teploty, při které se teplo odevzdává z páry v kondenzátoru. To znamená, aby
průměrná teplota pracovního média (kapaliny) byla během přívodu tepla co moţná nejvyšší a
během odvodu tepla co moţná nejniţší. Dále se uvádějí tři způsoby, které tohoto zlepšení u
jednoduchého ideálního Rankinova cyklu dosahují.
A) Sníţení tlaku kondenzátoru
Pára se v kondenzátoru vyskytuje ve stavu nasycení při teplotě sytosti odpovídající tlaku
uvnitř kondenzátoru. Proto sniţuje pokles provozního tlaku kondenzátoru automaticky
teplotu, při které se odevzdává teplo.
Vliv sniţování tlaku v kondenzátoru na účinnost Rankinova cyklu je znázorněn na T-s
diagramu v obrázku 10.4. Pro účely porovnání se udrţuje stejný stav na vstupu do turbiny.
Vyšrafovaná oblast na tomto diagramu představuje vzrůst čistého pracovního výkonu v
důsledku sníţení tlaku v kondenzátoru z P4 na P4´. Poţadavky na vstupní teplo se také zvyšují
(představují plochu pod křivkou 2´- 2), ale toto zvýšení je velmi malé. Celkový účinek sníţení
kondenzátorového tlaku tedy spočívá ve zvýšení tepelné účinnosti cyklu.
624
Obr. 10.4: Vliv sníţení tlaku v kondenzátoru u ideálního Rankinova cyklu
B) Přehřátí páry na vysoké teploty
Průměrná teplota páry se můţe zvýšit přídavkem tepla, aniţ by se zvýšil tlak v kotli a to
přehřátím páry na vysoké teploty. Vliv přehřátí na výkon prováděných parních cyklů
znázorňuje T-s diagram na obrázku 10.5. Vyšrafovaná oblast na tomto diagramu představuje
zvýšení čisté práce. Celková plocha pod provozní křivkou 3-3´ představuje zvýšení tepelného
příkonu. Výsledkem přehřátí páry na vyšší teplotu je tedy jak zvýšení čisté práce, tak
tepelného příkonu. Celkovým účinkem je ale i zvýšení tepelné účinnosti, protoţe dodávaným
teplem roste průměrná teplota.
Obr.10.5: Vliv přehřátí páry na vyšší teplotu na ideální Rankinův cyklus
Přehřátí páry na vyšší teplotu má další velmi ţádaný účinek: sniţuje se obsah vlhkosti páry na
výstupu z turbiny, jak lze vidět z diagramu T-s (suchost je ve stavu 4´ vyšší neţ ve stavu 4).
625
C) Zvýšení tlaku v kotli. Nadkritické cykly.
Dalším způsobem zvyšování průměrné teploty během procesu přívodu tepla je zvýšit
provozní tlak kotle, coţ automaticky zvedá teplotu, při které dochází k varu. To zvyšuje
průměrnou teplotu, při které se přidává teplo do páry a tak se zvyšuje tepelná účinnost cyklu.
Vliv zvýšení tlaku v kotli na parní výkony uplatňovaných cyklů je znázorněn na T-s
diagramu na obr. 10.6. Všimněte si, ţe při stálé teplotě na vstupu do turbiny se cyklus
posunuje vlevo a obsah vlhkosti v páře na výstupu z turbiny se zvyšuje. Tento neţádoucí
efekt se však můţe napravit přihřátím páry, tak, jak se uvádí v další části.
Obr. 10.6: Vliv zvýšení tlaku v kotli na ideální Rankinův cyklus
Provozní tlaky kotle se v průběhu let postupně zvyšovaly asi z 27 MPa v roce 1992 na
dnešních přes 30 MPa a vyrábí se při nich dost páry k produkci čistého energetického výkonu
1000 MW nebo více. Dnes se mnohé moderní parní elektrárny provozují při nadkritických
tlacích (P> 22,09 MPa) – obr. 10.7.
Obr. 10.7: Nadkritický Rankinův cyklus
626
10.1.2.3 Přihřívání
Přihřívání se u ideálního Rankinova cyklu (obr. 10.8) liší od jednoduchého ideálního
Rankinova cyklu v tom, ţe dochází k procesu expanze ve dvou etapách. V první etapě
(vysokotlaká část turbiny) pára expanduje izoentropicky při středním tlaku a vrací se zpět do
kotle, kde se přihřeje při konstantním tlaku, obvykle na vstupní teplotu do turbiny, kterou
měla při první etapě. Ve druhé etapě potom pára expanduje izoentropicky (nízkotlaká část
turbiny) na kondenzátorový tlak.
Obr. 10.8: Ideální Rankinův cyklus s přihříváním
Uplatnění samostatného přihřívání v moderní elektrárně se zvýšením průměrné teploty, při níţ
se dodává do páry teplo, zlepšuje účinnost cyklu o 4 aţ 5 %.
Průměrná teplota procesu přihřívání se můţe zvýšit rostoucím počtem expanzí a etap
přihřívání. Kdyţ se počet etap zvýší, blíţí se pochody expanze a ohřevu izotermickému
pochodu při maximální teplotě. Vyuţití více neţ dvojího přihřívání se však v praxi neprovádí.
10.1.2.4 Regenerace
Proces praktické regenerace se v parních elektrárnách uskutečňuje vypouštěním nebo
odběrem páry z různých míst turbiny. Tato pára, která by mohla vykonat více práce další
expanzí v turbině se místo toho vyuţívá k ohřevu napájecí vody. Zařízení, kde se napájecí
voda při regeneraci ohřívá, se nazývá regenerační ohřívák napájecí vody.
Regenerace nejen ţe zlepšuje účinnost cyklu, ale poskytuje také vhodné prostředky
k odplyňování napájecí vody (odstraňuje se vzduch, který proniká do kondenzátoru), aby se
předešlo korozi v kotli. Napomáhá také regulaci velkých průtokových objemů páry
v koncových stupních turbiny (následkem velkých měrných objemů za nízkých tlaků). Proto
se regenerace vyuţívá ve všech moderních parních elektrárnách jiţ od jejich zavádění na
počátku 20. let minulého století.
627
Ohřívák napájecí vody je v zásadě výměníkem tepla, kde teplo přechází z páry do napájecí
vody buď smíšením obou médií (směšovací ohříváky napájecí vody) nebo bez jejich mísení
(rekuperační ohříváky napájecí vody).
Na obr. 10.9 je schematicky znázorněna parní elektrárna s jedním rekuperačním ohřívákem
napájecí vody i T-s diagram cyklu. V ideálním rekuperačním ohříváku napájecí vody se
napájecí voda ohřeje na výstupní teplotu odebírané páry, která v ideálním případě opouští
ohřívák při tlaku odběru jako sytá voda. V současných elektrárnách opouští napájecí voda
ohřívák s teplotou niţší neţ má odebíraná pára, protoţe je potřeba, aby k uskutečnění
účinného přenosu tepla byl rozdíl teplot přinejmenším několik stupňů.
Kondenzát se potom buď přečerpává do napájecí vody nebo přechází do dalšího ohříváku
nebo kondenzátoru zařízením nazývaným odlučovač. Odlučovač umoţňuje, aby se kapalina
seškrtila na niţší tlak v oblasti, ale odloučí se pára. Entalpie páry během tohoto procesu
regulace zůstává konstantní.
Obr. 10.9: Ideální Rankinův cyklus s regeneračním ohřívákem napájecí vody
10.1.3 Joulův nebo Braytonův cyklus jako standardní cyklus pro plynové turbiny
10.1.3.1 Ideální Braytonův cyklus
George Brayton první navrhl cyklus, k pouţití v oběţném motoru spalujícím ropné palivo,
který vyvinul okolo roku 1870. Dnes se tohoto oběhu pouţívá u plynových turbin pouze tam,
kde dochází při vyuţití točivých strojů jak ke kompresi tak k expanzi. Plynové (spalovací)
turbiny se obvykle provozují v otevřeném cyklu. Vzduch z okolního prostředí se nasává do
kompresoru, kde se zvyšuje jeho tlak i teplota. Stlačený vzduch je veden do spalovací
komory, kde se spaluje palivo za konstantního tlaku. Vzniklé spaliny o vysoké teplotě potom
vstupují do turbiny, kde expandují k atmosférického tlaku a vyrábějí tak elektřinu. Výstupní
plyny opouštějící turbinu vycházejí ven (bez recirkulace), a proto se cyklus označuje jako
otevřený.
628
Výše popsaný otevřený cyklus plynové turbiny lze řešit i jako uzavřený cyklus, jak
znázorňuje obr.10.10 za předpokladu vyuţití standardního vzduchu, kde má vzduch funkci
pracovního média. Zde zůstává komprese i expanze stejná, ale proces spalování se nahrazuje
přívodem tepla za konstantního tlaku z externího zdroje a odběr se nahrazuje procesem
předávání tepla za konstantního tlaku do okolního ovzduší. Ideální cyklus, kde pracovní
médium prochází uzavřeným oběhem je Joulův nebo Braytonův cyklus, který se skládá ze 4
vnitřních reversibilních pochodů:
1-2 izoentropická komprese ( v kompresoru)
2-3 dodávané teplo za konstantního tlaku
3-4 izoentropická expanze ( v turbině)
4-1 teplo odevzdané za konstantního tlaku
Obr. 10.10: Uzavřený cyklus plynové turbiny
Diagramy T-s a P-v ideálního Braytonova cyklu ukazuje obr. 10.11. Je třeba si povšimnout,
ţe všechny čtyři pochody Braytonova cyklu probíhají v zařízení za stabilních podmínek
proudění ; tedy by se měly povaţovat za procesy ustáleného (laminárního) proudění.
629
Obr. 10.11: Diagramy T-s a P-v pro ideální Braytonův cyklus
Tepelná účinnost plynové turbiny závisí na moţné maximální teplotě plynu na vstupu do
turbiny. Vzestup teploty na vstupu do turbiny z 900 °C na 1200 ºC zvyšuje elektrický výkon o
71 % a tepelnou účinnost o 26 %. Během posledních dvou desetiletí se udělaly významné
pokroky, jako je potaţení lopatek turbiny keramickými vrstvami a chlazení lopatek
vzduchem vypouštěným z kompresoru. Výsledkem je, ţe dnešní plynové turbiny mohou
odolávat teplotám aţ 1425 ºC na vstupu do turbiny a elektrárny s plynovou turbinou mají
účinnosti značně nad 30 %.
Elektrárny s plynovými turbinami se většinou vyuţívají v energetice k překrytí nouzových
situací a ve špičkách, pro jejich relativně nízkou cenu a rychlý start.
Plynové turbiny se také vyuţívají ve spojení s parními elektrárnami, výstupní plyny z plynové
turbiny slouţí jako tepelný zdroj pro výrobu páry ( viz Kombinované (paroplynové) cykly).
10.1.3.2 Skutečný (neideální) Braytonův cyklus
Skutečné cykly plynových turbin se od ideálního Braytonova cyklu liší v několika ohledech.
Jedním z nich je to, ţe během přivádění a odevzdávání tepla dochází nevyhnutelně k určité
tlakové ztrátě. Důleţitější je, ţe skutečný příkon práce do kompresoru bude větší a skutečný
pracovní výkon turbiny bude menší z důvodu faktorů ireversibility, jako je tření a ne zcela
ustálené provozní podmínky těchto zařízení.
Jakmile se v kompresoru a turbině nedosáhne předpokládané účinnosti, jak znázorňuje obr.
10.12, kde stavy 2a a 4a jsou skutečnými stavy na výstupu z kompresoru a turbiny a 2s a 4s
jsou stavy, které odpovídající případu izoentropie, je význam vysokého podílu práce zřetelný.
Při nízké hodnotě T3 je rozdíl mezi prací turbiny a prací kompresoru velmi malý tzn., ţe práce
vykonaná turbinou mírně klesá a vloţená v kompresoru roste, coţ postačuje k tomu, aby se
sníţil pracovní výkon a účinnost cyklu klesla na nulu.
630
Obr. 10.12: Odchylka skutečného cyklu plynové turbiny od ideálního Braytonova cyklu,
jako následek faktorů ireversibility.
Účinnost ireversibilního cyklu je, jak se ukázalo, nejen funkcí rp, ale také T3 ( viz obr. 10.13).
Pro maximální účinnost cyklu existuje optimální tlakový poměr, stejně jako existuje optimální
tlakový poměr pro maximální měrný výkon práce (i kdyţ tyto optimální tlakové poměry
nejsou stejné).
Na obrázku 10.13 je znázorněna i křivka ideální účinnosti, aby se zdůraznilo, jak značné
sníţení účinnosti způsobily faktory ireversibility v kompresoru a turbině. Následující části
pojednávají o významnějších modifikacích jednoduchého cyklu, které lze upravit tak, aby se
zlepšila jak ideální účinnost, tak podíl práce.
Obr. 10.13 Tepelná účinnost Braytonova cyklu jako funkce rp a T3
10.1.3.3 Regenerace
V cyklu rekuperace (nebo regenerace) tepla se předehřívá v protiproudém výměníku tepla
stlačený vzduch ještě předtím, neţ vstoupí do spalovacího zařízení. To je schematicky
znázorněno na obr. 10.14.
631
Mnoţství paliva potřebného k ohřátí vzduchu na spalovací teplotu se sníţilo aţ o 25 %.
Obr. 10.14: Chlazení odpařováním a cykly rekuperace
10.1.3.4 Chlazení mezi stupni kompresoru
U cyklu s vloţeným chlazením je výměník tepla umístěn v proudu vzduchu mezi nízkotlaký a
vysokotlaký stupeň kompresoru, jak ukazuje obr. 10.15. Stlačení studeného vzduchu vyţaduje
méně práce neţ stlačení vzduchu teplého. Tento výměník tepla je určen k chlazení vzduchu a
sníţení mnoţství potřebné práce ve vysokotlakém stupni kompresoru při zvýšení elektrického
výkonu i účinnosti. Vřazený chladič můţe být kontaktní (výparný), nebo rekuperační-
průtočný.
Obr. 10.15: Cyklus s vloţeným chlazením
632
10.1.3.5 Přihřívání u turbiny
Cyklus přihřívání u plynové turbiny je analogický cyklu přihřívání u parní turbiny. Horké
plyny částečně v turbině expandují, přihřívají se při druhém stupni spalování a vracejí se do
turbiny. Tento cyklus je sloţitější neţ standardní cyklus plynové turbiny. Obr. 10.16
zobrazuje schema tohoto cyklu.
cyklus přihřívání je účinnější
aby se přihřívací zařízení ochránilo, je třeba, aby se sníţila teplota horkých plynů
vstupujících z vysokotlaké turbiny do přihříváku zařízení (viz obr. 10.16)
obecně je nutné zvýšit poměr palivo/vzduch, aby se zvýšila měrná energie. Současný stav
materiálové techniky a technologie chlazení omezují teplotu na vstupu do turbiny.
Dvoustupňové spalovací zařízení umoţňuje, aby se zavádělo více paliva, aniţ by se tento
teplotní limit překročil. To zvyšuje teplotu na výstupu a působí, ţe je přihřívání u
spalovací turbiny pro kombinovaný (paroplynový) cyklus vhodnější.
přihřívání u spalovacích turbin znamená vyšší měrnou energii při niţším zbytkovém
kyslíku za koncovým stupněm, který je menší neţ u jednoduchého cyklu plynové turbiny
o stejném výkonu.
Obr. 10.16: Cyklus přihřívání
10.1.4 Kombinované (paroplynové) cykly
Jak jiţ se popsalo v předchozí části, je Carnotův cyklus nejúčinnějším cyklem, který můţe
probíhat mezi zdrojem tepelné energie o teplotě Ta a tepelným systémem o teplotě Tb a jeho
tepelná účinnost je vyjádřena jako:
Tb
η = 1 - ------
Ta
Účinnosti u skutečných pochodů jsou přirozeně niţší, protoţe se započítávají ztráty. Účinnost
procesu se můţe zlepšit zvýšením maximální teploty v cyklu, vypouštěním odpadního tepla o
niţší teplotě, nebo zlepšením procesu minimalizací vnitřních exergetických ( pojem vysvětlen
v předchozí části) ztrát.
633
Zájem o kombinované (paroplynové) cykly se zvyšuje zejména kvůli těmto opatřením. Podle
jeho charakteristiky, nemůţe ţádný jednotlivý cyklus uskutečnit všechna zmíněná zlepšení ve
stejném rozsahu. Zdá se být tedy výhodné spojit dva cykly, jeden o vysoké provozní teplotě a
druhý s dobrým chlazením na konci.
V jednoduchém cyklu plynové turbiny se dosahují vysoké teploty, protoţe se dodává energie
přímo do cyklu bez výměny tepla. Teplotní úroveň výstupního tepla je však také vysoká.
U parního cyklu je maximální provozní teplota mnohem niţší neţ u plynové turbiny, ale teplo
vypouštěné do okolí má niţší teplotní úroveň. Jak znázorňuje další obrázek /50, Korobitsyn,
1998/, nabízí tak spojení plynové turbiny s turbinou parní nejlepší moţnou základnu pro
vysoce účinný tepelný proces (tepelný oběh).
Tab. 10.1: Porovnání termodynamických charakteristik oběhů plynové turbiny, parní turbiny a
u kombinovaných (paroplynových) cyklů /50, Korobitsyn, 1998/
parametry (a)
elektrárna
s plynovou
turbinou
(b)
elektrárna
s parní
turbinou
( c )
elektárna
s parní
turbinou s
přihříváním
(d)
paroplynová
elektrárna
(s kombinovaným
cyklem)
průměrná teplota
dodaného tepla (K)
1000 600 680 1000
průměrná teplota
odevzdaného tepla (K)
520 300 300 300
Carnotova účinnost (%) 48 50 50 70
634
Poslední řádek tabulky ukazuje Carnotovy účinnosti u různých oběhů. Ačkoliv to není reálný
případ, lze tabulku pouţít jako indikátor kvality tepelného procesu. Uvedená hodnota dává
jasně najevo, jak je paroplynová elektrárna výhodná právě při porovnání s jednoduchými
cykly. Moderní nadkritická konvenční elektrárna s parní turbinou a přihříváním má Carnotovu
účinnost asi o 20 % bodů niţší, neţ elektrárna s paroplynovým cyklem. U elektráren
s paroplynovým cyklem jsou skutečné účinnosti okolo 75 % Carnotovy účinnosti. Rozdíly
mezi skutečnými účinnostmi paroplynové elektrárny a ostatními typy nejsou proto tak velké,
jak uvádí tabulka 10.1. Poměrně výraznější pokles účinnosti u kombinovaného
(paroplynového) cyklu je způsoben vyššími ztrátami vnitřní energie následkem teplotního
spádu při výměně tepla mezi výstupem z plynové turbiny a cyklem voda/pára.
Poslední vývoj technologie plynových turbin dospěl k paroplynovému cyklu, který je po
ekonomické stránce velmi atraktivní. Paroplynový cyklus zvyšuje účinnost, aniţ by výrazně
zvýšil investiční náklady. Následkem toho se staví mnoho nových paroplynových elektráren
a mnohem více stávajících závodů s parními a plynovými turbinami se přestavuje na
elektrárny s kombinovaným cyklem. Jako výsledek přestavby se uvádějí tepelné účinnosti
značně nad 40 %.
10.1.5 Kogenerace (CHP)
U všech doposavad diskutovaných cyklů bylo jediným účelem přeměnit podíl tepla
převedeného do pracovního média na práci, která je nejhodnotnější formou energie. Zbývající
podíl tepla se vypouští do řek, jezer, oceánů, nebo do atmosféry jako odpadní teplo, protoţe
jeho kvalita ( nebo teplotní úroveň ) je příliš nízká, aby se dalo prakticky vyuţít.
Mnohé systémy nebo zařízení však potřebují příkon energie ve formě tepla nazývaného
provozním teplem, které se dodává obvykle prostřednictvím páry o 5 – 7 atm. a 150 – 200 ºC.
Energie se obvykle do páry přenáší spalováním uhlí, oleje, zemního plynu nebo dalšího
paliva v kotli.
Teplota ve spalovací komoře kotlů je obvykle velmi vysoká (okolo 1370 ºC) a tudíţ má
energie v kotli velmi vysokou kvalitu. Tato vysoce kvalitní energie se převádí do vody, aby
vyrobila páru o teplotě okolo 200 ºC, nebo niţší ( značně ireversibilní proces). S touto
ireversibilitou je však spojená i ztráta potenciální práce a tedy ztráta exergie, která je vzácným
zdrojem a musí se tedy vyuţívat velmi šetrně. Není tedy jednoduše rozumné vyuţívat vysoce
kvalitní energii k potřebám, které by bylo moţno pokrýt s energií o kvalitě niţší.
Závod, který vyrábí elektřinu, přičemţ naplňuje provozní poţadavky na teplo pro určité
průmyslové pochody se nazývá kogenerační zdroj nebo teplárna. Obecně je kogenerace
výrobou více neţ jedné formy uţitečné energie (jako je provozní teplo a elektrická energie)
ze stejného energetického zdroje.
Teplárna můţe vyuţít jednak cyklu s parní turbinou (Rankinova), nebo cyklu s plynovou
turbinou (Braytonova) či dokonce cyklu kombinovaného (paroplynového). Schematicky je
ideální kogenerační závod (teplárna) s parní turbinou zobrazen na obr. 10.17.
635
Obr. 10.17: Ideální kogenerační zařízení (teplárna)
Oběh nemá kondenzátor takţe se ţádné teplo z kogeneračního zařízení nevypouští jako
odpadní teplo. Jinými slovy, všechna energie převedená do páry v kotli se vyuţije buď jako
provozní teplo nebo elektrická energie. Vezmeme-li v úvahu následný přínos, je celková
účinnost, snad lépe označena jako faktor vyuţití energie (EUF) adekvátnější mírou výkonu,
neţ jednoduchá práce.
Ideální kogenerační zařízení (teplárna) s parní turbinou popsané výše se v praxi neprovozuje,
protoţe se nemůţe přizpůsobit výkyvům poţadovaných dodávek elektřiny a procesního
tepla. Schema mnohem praktičtějšího kogeneračního zařízení (ale sloţitějšího) ukazuje
obr.10.18. Při běţném provozu se určité mnoţství páry odebírá z turbiny za daného předem
stanoveného středního tlaku P6. Zbytek páry expanduje na tlak kondenzátoru P7 a potom se
ochladí při konstantním tlaku. Teplo vypouštěné z kondenzátoru představuje odpadní teplo
cyklu.
Obr. 10.18: Kogenerační závod (teplárna) s kondenzační odběrovou turbinou
636
V době potřeby vysoké dodávky tepla pro provoz se všechna pára vede odběrem do
spotřebičů a ţádná do kondenzátoru. Odpadní teplo je při tomto postupu nulové. Pokud to
nestačí, je určitá část páry opouštějící kotel seškrcena pomocí expanze nebo tlakovým
redukčním ventilem (PRV) na tlak v odběru P6 a vede se ke spotřebičům. Maximální dodávky
technologického tepla se dosáhne, kdyţ je veškerá pára z kotle seškrcena tlakovým redukčním
ventilem. Při tomto způsobu se nevyrobí elektřina ţádná. Pokud není teplo potřeba pro
technologii, prochází veškerá pára turbinou a kondenzátorem a kogenerační závod (teplárna)
se provozuje jako klasická parní elektrárna.
V předchozím textu se popisuje ideální kogenerační závod (teplárna), který pracuje za
optimálních podmínek. To znamená, ţe veškerá pára expanduje v turbině na tlak v odběru a
vede se do spotřebičů. Tuto podmínku můţe být těţké dosáhnout v praxi z důvodu stálých
výkyvů v potřebě provozního tepla a elektřiny. Teplárna by se měla tedy vyprojektovat tak,
aby se podmínky provozu po většinu doby přibliţovaly optimu.
Vyuţití kogenerace se datuje od začátku minulého století, kdy byly elektrárny vyuţity pro
veřejnost takovým způsobem, aby poskytovaly teplo pro centrální zásobování teplem, tj.
vytápění budov, výrobu teplé uţitkové vody a teplo pro komunální sféru. Rychlý růst cen
paliv přinesl spíše obnovu zájmu o dálkové rozvody vytápění. Kogenerační závody (teplárny)
se osvědčily a jeví se jako ekonomicky velmi atraktivní. Z toho důvodu se v posledních letech
postavilo takových zařízení více.
10.2 Příloha 2: Technické moţnosti odstraňování CO2 ze spalných plynů
U současné technologie je nejdůleţitějším opatřením při zvyšování tepelné účinnosti procesů
a technik na výrobu elektrické energie sniţování mnoţství skleníkových plynů emitovaných
na jednotku vyrobené energie. Zvýšení účinnosti je omezeno rozličnými faktory, takţe se
dokonce při zvýšené účinnosti bude emitovat výrazné mnoţství CO2. Pro další sniţování
emisí CO2 se v současné době vyvíjejí nebo jsou ve stádiu výzkumu různé technické moţnosti
a budou snad v budoucnosti k dispozici. Tyto technické moţnosti jsou jiţ popsány
Mezinárodní Agenturou pro energii (IEA), /41, IEA, 1992/ a v této příloze dokumentu se
předkládají ve zkrácené podobě.
10.2.1 Absorpční techniky k odstraňování CO2 ze spalin
Absorpce CO2 je technikou vyuţívanou chemickým průmyslem ke komerční výrobě CO2.
Mnoţství CO2, které se vyrábí v současné době je malé ve srovnání s celkovým mnoţstvím
CO2, které by se mohlo globálně odstranit ze spalin v sektoru výroby elektrické energie. Proto
by se takové absorpční techniky měly zavést v mnohem větším měřítku. Obyčejně jsou moţné
tři typy systémů absorpce: chemická, fyzikální a hybridní systémy.
Při chemické absorpci reaguje CO2 s chemickými rozpouštědly na slabě vázané
meziprodukty, které se rozkládají vlivem tepla za regenerace původního rozpouštědla a
vytváří se proud CO2. Obvyklá rozpouštědla jsou na bázi aminů nebo uhličitanů jako je MEA
(monoetanolamin), dietanolamin (DEA), čpavek a horký uhličitan draselný. Tyto procesy se
mohou pouţít při nízkých parciálních tlacích CO2, ale spaliny nesmí obsahovat SO2, O2,
uhlovodíky a pevné částice kvůli provozním problémům v absorbéru.
637
CO2 lze také absorbovat do rozpouštědla fyzikální cestou a potom pouţít k získání tepla
a/nebo ke sníţení tlaku. Běţnými rozpouštědly je Selexol (dimetyleter-polyetylen glykol) a
Rectisol (tuhý metanol), které se vyuţívají při vysokém tlaku. Při nízkých tlacích jsou
pochody chemické absorpce úsporné.
Hybridní rozpouštědla spojují nejlepší charakteristiky jak chemických, tak fyzikálních
rozpouštědel a obvykle se skládají z řady komplementárních rozpouštědel.
Všechny postupy absorpce se provozují v zásadě stejným způsobem a to vypíráním spalin
v absorpčních věţích, aby se CO2 zachytil a potom se rozpouštědlo regeneruje a uvolňuje se
CO2.
10.2.2 Adsorpční techniky k odstraňování CO2 ze spalin
Metody adsorpce na pevných nosičích vyuţívají fyzikální vazby mezi plynem a aktivními
body na pevné látce, přičemţ metody absorpce s pevnými substancemi vyuţívají k zachycení
dotyčného plynu chemické reakce. Existuje několik adsorpčních metod, které se vyuţívají
v průmyslovém měřítku a lze jich vyuţít k odstraňování CO2 ze spalin elektrárny. Vyuţívá se
při tom adsorpčních vrstev oxidu hlinitého a molekulárních zeolitových sít (přírodní nebo
továrně vyrobený aluminosilikát tj. křemičitan hlinitý).
Existují i různé metody regenerace. Regenerace nebo adsorpce výkyvem tlaku znamená
sníţení tlaku v nádobě, která obsahuje nasycené loţe, při čemţ se zachycené plyny z loţe
odloučí. Cykly regenerace jsou poměrně krátké a měří se obvykle v sekundách. Tepelná
adsorpce, nebo adsorpce změnou tepla vyuţívá k vytlačení zachyceného plynu regeneračního
plynu za vysoké teploty. Regenerační cykly jsou dosti dlouhé (měřeno na hodiny) a vyţadují
větší mnoţství adsorbentu neţ systémy vyuţívající změnu tlaku.
10.2.3 Kryogenní techniky k odstraňování CO2 ze spalin
Kryogenní separace znamená zchlazení plynů na velmi nízkou teplotu tak, ţe se můţe oddělit
zmrazený CO2. Potenciální výhody postupu poskytují moţnost přímého zneškodnění tuhého
CO2 (například v hloubce oceánu) a vysokou čistotu odděleného plynu, která je téměř 100 %.
Nevýhodou je potřeba vysokého energetického příkonu k dosaţení kryogenní teploty. Hlavní
nároky na energii nastávají během stádia komprese, takţe zlepšení v této oblasti by značně
sníţilo celkovou ztrátu účinnosti elektrárny /40, Soria a kolektiv, 1998/
10.2.4 Membránové techniky k odstraňování CO2 ze spalin
Při odlučování membránou se pouţívá při separaci CO2 ze spalin vhodná membrána, podle
toho, zda jde o proud na CO2 bohatý nebo chudý. Jsou moţné dva membránové pochody a
sice separace plynu a absorpce plynu. Lze říci, ţe nejlepší moţností volby je kombinace MEA
(monoetanolamin) a membrán.
Membrány pro separaci plynu jsou zaloţeny na rozdílu ve vzájemném fyzikálním a
chemickém působení sloţek přítomných ve směsném plynu při styku s materiálem membrány,
coţ se projevuje tak, ţe jedna sloţka pronikne membránou rychleji neţ ostatní.
638
Membrány k absorpci plynu jsou membránami, kterých se pouţívá při styku proudu plynu a
kapaliny. Odloučení způsobí přítomná absorpční kapalina na jedné straně membrány. Oproti
membránám k separaci plynu není zásadou, aby membrána měla vůbec nějakou selektivitu.
10.2.5 Carnolova technika k odstraňování CO2 ze spalin
Carnolův systém, který se vyvíjí v USA spojuje odstraňování CO2 z uhelných elektráren
s výrobou metanolu. Eliminuje se tak potřeba zneškodňovat CO2. Část emitovaného CO2 se
vyuţívá k výrobě metanolu a během postupu se určité mnoţství uhlíku oddělí v pevné
podobě. Jako takový se buď můţe skladovat, nebo prodat. Navrţený systém také vyuţívá
odpadního tepla z výroby metanolu ke sníţení potřeby energie při odlučování CO2 z
komínových plynů /40, Soria a kolektiv, 1998/. Tento postup je právě ve stádiu výzkumu.
10.2.6 Porovnání různých moţností volby při odstraňování CO2
Mezinárodní Agentura pro energii v programu výzkumu a vývoje skleníkových plynů /41,
IEA, 1992/ prováděla porovnání různých technických moţností, které by mohly být pro
odstraňování CO2 z velkých spalovacích závodů k dispozici v budoucnosti.
Studovala se čtyři následující schemata výroby energie:
moderní elektrárna na práškové uhlí (vybavená odsiřováním spalin a provozovaná v
podkritickém parním cyklu, coţ předpokládalo 40 % účinnost
elektrárna na zemní plyn s paroplynovým (kombinovaným) cyklem, kde se předpokládala
celková elektrická účinnost 52 %
elektrárna vybavená integrovaným zplyňováním s paroplynovým (kombinovaným)
cyklem, při kterém se přivádí do zplyňovacího zařízení s generátorem hořákového typu (s
unášeným loţem) proud uhelného kalu (zpravidla suspenze paliva s vodou) za dmýchání
kyslíku, s předpokládanou účinností 42 %
elektrárna spalující práškové uhlí s kyslíkem za pouţití recyklovaného CO2 ke zmírnění
teploty spalování, s předpokladem účinnosti 33 %. Je třeba poznamenat, ţe na tuto
techniku je třeba pohlíţet z hlediska vzdáleného horizontu uplatnění.
Jako výchozí základna se u kaţdé zmíněné techniky předpokládala elektrárna o 500 MW el.
s dobou provozu 35 let. Kromě toho se u elektráren předpokládalo chlazení mořskou vodou a
tudíţ i jejich umístění na pobřeţí západní Evropy. Okolní podmínky jsou 15oC, 1,013 baru,
poměrná vlhkost 60 % a teplota disponibilní chladící vody 15 oC. Palivem u projektů je
mezinárodně obchodovatelné australské bituminózní uhlí s obsahem 0,86 % síry z dolu
Drayton. Emise ze závodu se řídí podle směrnic EU. Také se specifikovalo 90 % odsíření.
U případové studie paroplynového cyklu (kombinovaného cyklu s plynovou turbinou) se k
dosaţení čistého energetického výkonu okolo 500 MW vyuţívá dvou plynových turbin a
palivem je obvyklý zemní plyn z těţební oblasti Brent.
639
Výsledky této studie vykazují následující tabulky. Informace o nákladech se původně uváděly
v amerických dolarech, jejichţ nominální hodnota byla stanovena v třetím čtvrtletí roku 1992.
Pro účely tohoto dokumentu se náklady přepočítaly na EUR za pouţití směnného kurzu
z října 2000. Předpokládá se, ţe přesnost je 30 %, takţe výsledky lze brát pouze jako
indikaci.
Je třeba také poznamenat, ţe tato čísla nepočítají s náklady na zneškodnění oxidu uhličitého,
coţ bude nutným opatřením u většiny uváděných technik.
Zneškodnění oxidu uhličitého je nedílnou součástí celkové strategie, aby se v budoucnosti
zabránilo značným emisím skleníkových plynů ze závodů výroby elektrické energie a tepla,
ale bezprostředně to není u velkého spalovacího zařízení provozním problémem a proto se
v tomto dokumentu dále nepopisuje.
Eventuální moţnosti volby pro zneškodňování CO2 ve velkém rozsahu jsou následující:
zneškodňování v hloubkách oceánu
zneškodňování v hlubokých vodonosných horninových vrstvách
vyuţití při intenzifikaci těţby ropy
zneškodnění v loţiscích po odčerpaném plynu a ropě
640
Tab. 10.2: Porovnání různých technik spalování s odstraňováním CO2 a bez něho
Údaje převzaty z /41, IEA, 1992/
Provozní
parametr
Technika odstranění
CO2
Elektrárna
na práškové
uhlí a s
odsířením
CCGT IGCC Spalování
práškového
uhlí s vyuţitím
kyslíku a
recyklovaného
CO2
Poznámky
Změny čisté
účinnosti při
uplatnění
různých
technik k
odstranění
CO2
v souladu
s daným
referenčním
případem
(%)
směrná účinnost bez
odstranění CO2
40 52 42 33
absorpce 29 42 28 30 IGCC vyuţívá Selexol
jako rozpouštědlo, coţ
vede k účinnosti 36 %
namísto 42 %
adsorpce PSA 28 33 26 29
adsorpce TSA 29 39 29 -
kryogenní technika
- - 36 27 O kryogenních
opatřeních se uvaţuje
pouze u IGCC a
spalování práškového
uhlí za uţití kyslíku a
recyklovaného CO2
separace membránou
31 31 26 31 Sníţení účinnosti je
mnohem vyšší
vlivem nároků na
kompresi
absorpční membrána
+ MEA
30 47 32 30
Zachycování
CO2
(%)
absorpce 90 85 90 99
absorpce PSA, TSA 95 95 95 95
kryogenní technika 85 85
separace membránou 80 80 80 80
absorpční membrána
+ MEA
80 80 80 80
CO2 v
produktu
(%)
absorpce 99,2 99,4 99,8 96
absorpce PSA, TSA 75 50 90 97
kryogenní technika 97 99
separace membránou 55 16 30 97
absorpční membrána
+ MEA
55 16 30 97
Vysvětlivky: MEA= monoetanolamin; CCGT= kombinovaný (paroplynový) cyklus s plynovou turbinou;
IGCC= kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním; PSA= adsorpce výkyvem tlaku; TSA= adsorpce
výkyvem teploty;
Poznámka: zakládá se na studii IEA a představují se eventuální moţnosti volby, o kterých lze v budoucnosti
uvaţovat
641
Tab. 10.3: Porovnání různých technik spalování s odstraňováním CO2 a bez něho
Údaje převzaty z /41, IEA, 1992/
Provozní
parametr
Technika k odstranění
CO2
Elektrárna
na práškové
uhlí a s
odsířením
CCGT IGCC Spalování
práškového uhlí
s kyslíkem a s
recyklovaným
CO2
Poznámky
Náklady na
tunu při
omezování
CO2
(Euro/t CO2 )
absorpce 40 63 99 18
adsorpce PSA 96 623 235 24
adsorpce TSA 302 459 413 -
kryogenní technika - - 26 29 O kryogenních
opatřeních se
uvaţuje u IGCC
a spalování
práškového uhlí
v kyslíku za
pouţití
recyklovaného
CO2
separace membránou 53 384 143 10
absorpční membrána +
MEA
51 35 48 18
Měrné
investiční
náklady
(EUR / kW)
referenční případ
s odstraněním CO2 a bez
něho
1213 805 1790 2344
absorpce 2112 1567 3731 3557
adsorpce PSA 1569 1376 2465 2510
adsorpce TSA 2363 1779 3475 -
kryogenní technika - - 2763 4125
separace membránou 2411 3573 5567 2537
absorpční membrána +
MEA
1885 - 3137 -
Vysvětlivky: MEA= monoetanolamin; CCGT= kombinovaný cyklus (paroplynový cyklus) s plynovou turbinou;
IGCC= kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním; PSA= adsorpce výkyvem tlaku; TSA= adsorpce
výkyvem teploty;
Poznámka: zakládá se na studii IEA a představují se náklady na eventuální moţnosti volby při odstraňování
CO2, o kterých lze v budoucnosti uvaţovat