Usuwanie szkodliwych substancji stałych i gazowych ze spalin kotłowych
Kolejna konferencja zorganizowana przez RAFAKO S.A. wspólnie z Politechniką Śląską tym razem poświęcona była ekologii. Wymagania Unii Europejskiej w zakresie ochrony środowiska stawiają nowe wyzwania dla sektora energetycznego w Polsce, dlatego też spotkanie „energetyków” poświęcone było właśnie problemom usuwania zanieczyszczeń pyłowych i gazowych ze spalin kotłowych. Uroczystego otwarcia konferencji dokonał Wiesław Różacki, prezes RAFAKO SA oraz Waldemar Szulc, członek zarządu PGE Elektrownia Bełchatów SA. Spotkanie odbyło się w dniach 4-5 marca 2010 r. w Hotelu Wodnik w Słoku k/Bełachatowa.
Sesję merytoryczną pierwszego dnia poprowadził prof. dr hab. inż. Adam Hernas z Politechniki Śląskiej w Katowicach. Pierwszy referat wygłosił Jerzy Łaskawiec, prezes zarządu Południowo-Zachodnej Grupy Energetycznej Sp. z o.o. nt. redukcji substancji stałych i gazowych w kotłach. Dokonał on przeglądu obowiązujących i planowanych rozwiązań prawnych Unii Europejskiej i Polski w tym zakresie. Łaskawiec podkreślił, że ograniczanie zanieczyszczeń do atmosfery jest konieczne, a obecnie w Polsce najwięcej takich zanieczyszczeń, bo nawet 75%, pochodzi z gospodarstw indywidualnych, a nie z przemysłu czy energetyki zawodowej. W ocenie naukowców, w zakresie ograniczania zanieczyszczeń, których źródłem jest energetyka zawodowa, w Polsce sporo już zrobiono.
Kolejny referat wygłoszony przez Krzysztofa Krotlę, pełnomocnika zarządu ds. instalacji DeNox w RAFAKO SA, dotyczył porównania nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji urządzeń typu SCR w zależności od stopnia redukcji. Krotla podkreślił, że w związku z wejściem w życie nowych, zaostrzonych wymagań w odniesieniu do emisji NOx z elektrowni i elektrociepłowni stwierdzających konieczność osiągnięcia redukcji tychże do poziomu 200 m3u/h, prowadzone są liczne dyskusje o metodach osiągnięcia tej metody. W swoim wystąpieniu pokazał pozytywne możliwości zastosowania technologii katalitycznej redukcji SCR. Urządzenia SCR są predysponowane do redukcji NOx o 80% i więcej, co powinno zostać uwzględnione przy doborze całościowego konceptu modernizacji bloków elektrowni. Krotla w wystąpieniu wykazał również, że redukcja NOx z wysokich wartości wejściowych do bardzo niskich wartości wyjściowych (emisji) tylko nieistotnie podwyższa koszty wybudowania urządzenia SCR. Koszty eksploatacyjne katalitycznego odazotowania są w porównaniu do innych metod korzystne.
Jerzy Mazurek reprezentujący Zespół Pracowni Projektowych Instalacji Ochrony Środowiska RAFAKO SA przedstawił uwagi i wybrane parametry instalacji odsiarczania spalin przewidywanej dla bloków klasy 900 MW, przy uwzględnieniu różnic wynikających ze spalania w kotle węgla kamiennego lub brunatnego. Mazurek podkreślił, że przy opracowywaniu koncepcji nowych bloków warto przeanalizować niektóre aspekty. Jednym z nich jest zastosowanie systemów odzysku ciepła, które to poza uzyskaniem możliwej do wykorzystania energii cieplnej ograniczają także zużycie wody w instalacji odsiarczania spalin. Budzącym wiele kontrowersji aspektem projektowania IOS-u jest oczekiwany poziom usuwania SOx. Warto tutaj wziąć pod uwagę, że SO3 jest redukowane w mokrym absorberze w zakresie 50%, a zwiększenie stopnia usuwania SOx do bardzo wysokich (bliskich 100%) wartości spowoduje bardzo wyraźny wzrost kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, głównie po stronie zużycia energii elektrycznej. Koncepcja całości obiektu powinna również uwzględniać problem ścieków z instalacji odsiarczania spalin. Z uwagi na trudności techniczno-technologiczne oraz koszty rozbudowywania oczyszczalni o kolejne węzły dla usuwania tych zanieczyszczeń, należy na etapie tworzenia koncepcji bloku podjąć decyzje w zakresie łączenia tych ścieków z innymi i kierowania do kolejnego stopnia oczyszczania, względnie nad innymi metodami ich zagospodarowania. W drugiej części referatu Mazurek przedstawił najważniejsze informacje nt. instalacji odsiarczania spalin jaką RAFAKO realizuje dla bloku 858 MW w PGE Elektrownia Bełchatów SA.
Prof. Mieczysław Adam Gostomczyk z Politechniki Wrocławskiej omówił możliwości związane z ograniczaniem emisji rtęci z procesów spalania węgla w kotłach energetycznych. W środowisku naturalnym rtęć występuje w ilościach śladowych, jednak z uwagi na jej toksyczność oraz zdolność włączania się w różne cykle obiegu przyrodniczego stanowi zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka. Dlatego tez Unia Europejska w ostatnich latach systematycznie zaostrza normy dopuszczalnych stężeń rtęci w powietrzu atmosferycznym. Gostomczyk przedstawił wyniki badań własnych nad redukcją Hg z procesów spalania węgla. Źródłem emisji rtęci są przede wszystkim procesy spalania węgla. Ograniczenie udziału tradycyjnych metod spalania poprzez spalanie np. w cyklu kombinowanym ze zgazowaniem węgla (IGCC) spowoduje zmniejszenie emisji rtęci. Zastosowanie katalitycznej metody redukcji NOx oraz mokrych i półsuchych technologii odsiarczania pozwoli na ograniczenie emisji Hg o około 70%. Gostomczyk przekonywał, że brak ww. instalacji będzie wymagał stosowania innych metod ograniczania emisji rtęci np. wtrysku węgla aktywnego do strumienia spalin za kotłem. Utlenianie rtęci przed instalacjami odsiarczania umożliwia niskokosztowe ograniczenie emisji Hg do atmosfery.
Oczyszczanie spalin z termicznego przekształcania odpadów komunalnych omówił Jerzy Mirosław z Zespołu Pracowni Projektowych Instalacji Ochrony Środowiska RAFAKO SA.W swoim wystąpieniu przedstawił aktualny stan prawny w Polsce oraz Unii Europejskiej z zakresu emisji spalin z instalacji termicznego przekształcania odpadów komunalnych. Obecnie w Polsce ponad 95% odpadów komunalnych trafia na wysypiska. Około 1,5% podlega recyklingowi, prawie 3% ulega kompostowaniu, a około 0,5% podlega termicznemu przekształceniu (spalarnia w Warszawie). Odpady te nie są w żaden sposób przetwarzane. Biorąc pod powyższe, Mirosław podkreślił, że nie unikniemy kar, jakie na nasz kraj może nałożyć Komisja Europejska w przypadku niewywiązania się z poziomów ograniczania składowania odpadów biodegradowalnych. Szacuje się, że kary nałożone przez Trybunał Sprawiedliwości na wniosek Komisji Europejskiej po upływie przyznanych naszemu krajowi okresów, mogą wahać się od 10 do 250 tys. euro dziennie. Dokonał również przeglądu stosownych metod oczyszczania spalin w tych instalacjach w krajach Unii Europejskiej. Najbardziej rozpowszechnioną w Europie formą zabezpieczenia środowiska przed negatywnym wpływem zanieczyszczeń generowanych podczas termicznego przekształcania odpadów jest stosowanie metody mokrego oczyszczania spalin. Według BREF ilość stosowanych i dopuszczalnych kombinacji systemów oczyszczania spalin wynosi 408 możliwości, a w oparciu o metodę mokrą możliwych jest 168 kombinacji.
Przedstawiciel firmy ENERGOPOMIAR Sp. z o.o. zaprezentował problemy lokalizacyjne i eksploatacyjne systemów monitoringu emisji zanieczyszczeń gazowo-pyłowych zainstalowanych za instalacjami oczyszczania spalin. Zgodnie z wymaganiami Prawa ochrony środowiska prowadzący instalację oraz użytkownik urządzenia są zobowiązani do ciągłego pomiaru wielkości emisji w razie wprowadzenia do środowiska znacznych ilości substancji lub energii. W szczególności dotyczy to energetyki zawodowej, ciepłownictwa i energetyki przemysłowej o mocy powyżej 100 MWt. Obowiązek ten realizowany jest z wykorzystaniem automatycznych systemów pomiarowych. Systemy te są cennym źródłem informacji nie tylko dla oceny zgodności eksploatacji instalacji przemysłowych z wymaganiami pozwoleń, ale wykorzystywane są również do kontroli procesów spalania, odpylania, odsiarczania i odazotowania w energetyce oraz innych procesów technologicznych w przemyśle. Prezenter zwrócił uwagę, że kierując się wyborem metody pomiarowej należy wziąć pod uwagę ilość mierzonych składników, wielkość stężeń tych składników, zawartość pyłu w spalinach, zawartość wilgoci, rodzaj instalacji oczyszczania spalin, za którą urządzenia mają być zabudowane oraz inne uwarunkowania techniczne obiektu. Eksploatując systemy ciągłego pomiaru emisji należy pamiętać, że są to układy pomiarowe, które, jak wszystkie przyrządy, muszą podlegać badaniom meteorologicznym.
Prof. Michał Głomba z Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej oraz Sabina Krahl z Zespołu Pracowni Projektowych Instalacji Ochrony Środowiska RAFAKO SA omówili zakres prac badawczych prowadzonych przez zespół pracowników RAFAKO SA oraz Zakładu Naukowo-Dydaktycznego Ochrony Atmosfery Instytutu Inżynierii Ochrony Środowiska Politechniki Wrocławskiej. Celem prac jest modyfikacja procedur projektowania aparatów instalacji odsiarczania spalin kotłowych w elektrowniach spalających węgiel kamienny i brunatny. Priorytetem prac badawczych jest opracowanie modelu obliczeniowego absorbera natryskowego. Prelegenci przekonywali, że porównanie wyników obliczeń skuteczności odsiarczania spalin z wynikami skuteczności zmierzonej w styczniu na IOS 1 w Elektrowni Pątnów dowodzi, że opracowany model umożliwia już na etapie projektowania absorbera obliczać skuteczność odsiarczania spali z dużą dokładnością, a wyniki obliczeń są bardzo zbliżone do wyników pomiarów prowadzonych przez aparaturę monitorującą pracę IOS.
Tomasz Dobrzycki z Biura Projektowego RAFAKO SA omówił oświadczenia oraz trudności RAFAKO SA podczas realizacji projektu składającego się z dostaw głównych elementów takich jak kocioł biomasowy OS-20, kocioł węglowy OR50-N oraz węzeł cieplny wyposażony w turbinę przeciwprężną wraz z wymiennikiem ciepła w PGE EC Kielce. Kocioł biomasowy jest przeznaczony do spalania biomasy pochodzenia leśnego oraz rolnego. Kocioł jest dobrany i użytkowany dla letniego okresu grzewczego. Kocioł węglowy jest przystosowany do spalania węgla energetycznego i przeznaczony do pracy w sezonie grzewczym. Kotły współpracują z turbiną parową przeciwprężną połączoną z 30 MW wymiennikiem ciepła i 10,5 MWel generatorem energii elektrycznej celem zaspokojenia potrzeb mieszkańców miasta Kielce. Dobrzycki zwrócił uwagę na fakt, że realizacja projektu pokazała, że RAFAKO SA jako uznany dostawca kotłów oraz instalacji oczyszczalnia spalin dostarcza również całe obiekty energetyczne w formule „pod klucz”. Postawione przed firmą zadanie zostało zakończone pomyślnie z uwzględnieniem krótkiego czasu realizacji. Dobrzycki podkreślił, że dostarczony Duo-blok jest instalacją związaną z wykorzystaniem paliw odnawialnych jakim jest między innymi biomasa. Jednocześnie spełnione zostały wysokie wymagania związane z emisjami zanieczyszczeń do środowiska, które są niezmiernie ważne dla jego zachowania w jak najlepszym stanie dla nas oraz przyszłych pokoleń.
Sesję merytoryczną w drugim dniu konferencji poprowadziła dr hab. inż. Maria Jędrusik z Politechniki Wrocławskiej. Pierwszy referat przedstawiony został przez przedstawiciela firmy Mokrosz Sp. z o.o. z Rud, a dotyczył on wykorzystania obliczeń CDF w energetyce. Zaprezentowano możliwości wykorzystania narzędzi CAD/CAM w procesach powiększania skali oraz optymalizacji wdrożonych do eksploatacji w energetyce instalacji oczyszczania spalin. Omówiono proces walidacji wyników obliczeń CDF z wykorzystaniem programu FLUENT z wynikami uzyskanymi w trakcie pomiarów homologacyjnych eksploatacyjnych instalacji odsiarczania. Prelegent wskazał sposoby i możliwości wykorzystania narzędzi CAD/CAM do powiększania skali oraz optymalizacji procesów absorpcji z reakcją chemiczną na przykładzie środowiska programowego ANSYS-FLUENT. Obliczenia (CFD) w stosunku do badań rzeczywistych umożliwiają znacznie szybsze uzyskanie wyników. Należy jednak zauważyć, że nie mogą one zastąpić rzeczywistych badań, które są nieodzowne i powinny służyć do walidacji uzyskiwanych wyników obliczeń.
Joanna Tekely-Cieślik oraz Piotr Knura reprezentujący Zespół Pracowni Projektowych Instalacji Ochrony Środowiska RAFAKO SA w swoim wystąpieniu dokonali porównania kosztów półsuchej i mokrej instalacji odsiarczania spalin. Zdaniem przedstawicieli RAFAKO SA każda z przedstawionych metod odsiarczania posiada charakterystyczne dla siebie zalety i wady. Dokonanie wyboru najbardziej korzystnego wariantu odsiarczania wymaga wnikliwej analizy możliwie jak największej ilości parametrów charakteryzujących zarówno czynniki technologiczne, ekonomiczne, jak i ekologiczne. Po przeprowadzeniu porównania dwóch metod odsiarczania oferowanych przez RAFAKO SA można spróbować dokonać wyboru w zależności od różnych aspektów. Biorąc pod uwagę technologiczny aspekt wyboru metody odsiarczania korzystniejsza wydaje się metoda półsucha. Biorąc natomiast pod uwagę aspekt ekologiczny wyboru metody odsiarczania należy tutaj przede wszystkim wziąć pod uwagę skuteczności odsiarczania obu metod. W przypadku obu tych metod przewagę zyskuje metoda mokrego odsiarczania, której głębokość odsiarczania sięga nawet 99%. Minusem natomiast metody mokrej jest niewątpliwie to, że w trakcie procesu technologicznego odsiarczania powstają ścieki, które należy utylizować.
Janusz Adamiec z Politechniki Śląskiej w Katowicach omówił temat związany z materiałami i technologiami stosowanymi w budowie kotłów do spalania odpadów. Spalanie odpadów i śmieci sortowanych w kotłach przemysłowych powoduje tworzenie się w spalinach bardzo agresywnych chlorków i fluorków. Szkodliwe oddziaływanie tych substancji wymaga stosowania odpowiednich zabezpieczeń elementów kotłów, jak rury wymienników i komory spalania przed korozją i erozją. Adamiec omówił zjawiska i procesy korozyjne w komorach spalania kotłów do spalania odpadów. Przedstawił również właściwości warstw napawanych ze stopów Inconel 625 i Inconel 686, warstw natryskiwanych LONGRESIST i HIGHRESIST oraz warstw odpornych na erozję na bazie CR3C2 – NiCr – PLASMADUR i na bazie NiCrTi – PROTECTOR. Adamiec podkreślił, że zgodnie z zaleceniami dyrektywy 2001/80/WE UE oraz z uwagi na bardzo duże zainteresowanie spalaniem śmieci sortowanych, odzyskaniem i wykorzystaniem energii z biomasy istotnym jest opracowanie technologii nakładania warstw odpornych na korozję i erozję. Wykorzystanie nowych materiałów oraz najnowszych technologii np. napawania laserowe spowoduje, że firmy z tej branży znajdą się w kategorii firm posiadających najwyższy poziom zaawansowania „know-how” na rynku europejskim i światowym.
Genowefa Zapotoczna Sytek z Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Oddział Betonów – CEBET w Warszawie omówiła skalę wytwarzania i główne kierunki utylizacji odpadów stałych (UPS) (zwłaszcza popiołów lotnych) powstających ze spalania węgla w kotłach energetycznych wg tradycyjnych metod spalania. Zapotoczna, uwzględniając wyniki prowadzonych w ostatnich latach prac badawczych, pokazała możliwości utylizacji popiołów lotnych nowej generacji powstających w kotłach pyłowych przy współspalaniu węgla i biomasy oraz spalania węgla w kotłach fluidalnych. Prelegentka przekonywała, że UPS to wartościowe i surowce i materiały budowlane, które mogą być wykorzystywane w różnych dziedzinach niosąc szereg korzyści technicznych, ekonomicznych i środowiskowych. Skala zwiększania stosowania UPS zależy od tego czy przemysł energetyczny nie będzie traktował procesu spalania, jakby jednym produktem była energia, gdyż w rzeczywistości produktami jego są energia i materiały (ciągle zwane jeszcze odpadowymi).
Przemysław Nadurski z Zakładu Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych w Warszawie przedstawił charakterystykę poszczególnych etapów wchodzących w skład termicznego unieszkodliwiania odpadów w ZUSOKu oraz najważniejsze doświadczenia eksploatacyjne funkcjonowania warszawskiej spalarni. Omówił również kwestie związane z produkcję energii elektrycznej i cieplnej. Obecnie zakład przetwarza ok. 65 000 Mg odpadów komunalnych rocznie (8,1% odpadów z terenu Warszawy), dlatego zasadnym staje się rozbudowa zakładu o nowe linie technologiczne umożliwiające termiczne przekształcenie ok. 300 000 Mg odpadów rocznie (38% odpadów warszawskich). Rozbudowa zakładu może zamknąć się w obrębie istniejącego terenu zakładu i przynieść wymierne korzyści dla miasta.
Źródło: Redakcja „Nowej Energii”
