þí ší ý á VELKÁ SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ - MPO

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;


* 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.

mailto:[email protected]

http://eippsb.jrc.es/

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


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


do topeniště

odstupňování

vzduchu

do topeniště


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


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


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.


V současné době se ke sniţování prachu ze spalování v kotlích s cirkulujícím fluidním loţem

vyuţívají jak elektrostatické odlučovače, tak tkaninové filtry.


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


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.


Při sniţování prachu ze spalovacích zařízení s roštem se v současné době pouţívají jak

elektrostatické odlučovače tak tkaninové filtry.


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.


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.


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


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


antracit+ naftový koks

klenba 350-360 2 12 12 antracit

klenba 360 1 12 12 antracit + černé


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


černé

čelní 360 2 6 vertikálních úrovní


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


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.


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


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.


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


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


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.


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)






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)


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 (dsi)= odsiřování spalin injektáţí suchého sorbentu SCR= selektivní katalytická redukce NOx

Tab. 4.39: Úroveň emisí NOx u stávajících zařízení bez sekundárních opatření


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


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


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


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


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


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


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


k dispozici

strojní vybavení pro

vykládku

s nastavitelnou výškou

sníţení

fugitivních

emisí

prachu


k dispozici

čistící zařízení u

dopravních pásů

sníţení

fugitivních

emisí

prachu


k dispozici

omezeno

obsahem

vody

uzavřené skladování

vápna/vápence v silu

s odloučením prachu

sníţení

jemných

částic


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


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


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


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


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


k dispozici

nejniţší moţná

teplota chladící

vody

284

Tab. 4.58: Techniky, o nichţ se uvaţuje pro zvýšení účinnosti

technika přínos

pro

ţivotní

prostředí


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


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.


ţivotní

prostředí


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


ţivotní

prostředí


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


ţivotní

prostředí


zkušenost

přenos vlivů

prostředím

ekonomika pozn.

nové

zařízení

zařízení

schopné

modernizace


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


vyuţitelnost na

jednotlivém

zařízení; často

znamená recirk.

spalin a dávk.

vzduchu

dospalování sníţení

NOx


specifického

zařízení

u stávajících


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


ţivotní

prostředí


zkušenost

přenos vlivů

prostředím

ekonomika pozn.

nové

zařízení

zařízení

schopné

modernizace


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


ţivotní

prostředí


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


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


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


specifického

zařízení

Splachování povrchu

sedimentace

či chemická

úprava a

opětné

interní

vyuţití

sníţené

vypouštění

odpadní

vody


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.


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


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


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)


zařízení

kontinuální

CFBC a

PFBC

150-4003 150-4004 nízkosirné palivo

injektáţ vápence


zařízení

kontinuální

BFBC 150-4005 150-4006 nízkosirné palivo, FGD

(dsi) a FGD (sds)


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.


NOx a SO2


zařízení

kontinuální

CFBC a

PFBC


injektáţ vápence


zařízení

kontinuální

BFBC 100-200 100-2509 nízkosirné palivo

FGD (wet), FGD (sds)


zařízení

kontinuální

> 300

PC

20-15010

20-20011 nízkosirné palivo, FGD

(wet), FGD (sds),

vypírání mořskou

vodou, kombinované


NOx a SO2


zařízení

kontinuální

CFBC a

PFBC


injektáţ vápence


zařízení

kontinuální

BFBC 20-150 20-20013 nízkosirné palivo

FGD (wet)


zařízení

kontinuální

Vysvětlivky:

GF: spalování na roštu

PC: spalování prachového paliva


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



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


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,


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


vzduchu a paliva)

nová i

stávající

zařízení

kontinuální

100-300

PC

904 -200

90-2005

černé

uhlí

kombinace Pm


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


vzduchu a paliva,


dospalování atd);

nová i

stávající

zařízení

kontinuální

BFBC, CFBC

a PFBC

100-200

100-2007

černé a

hnědé

uhlí

kombinace Pm


vzduchu a paliva),

příp. spol. s SNCR

nová i

stávající

zařízení

kontinuální

>300

PC

90-150

90-2008

černé

uhlí

kombinace Pm


vzduchu a paliva,


dospalování atd);

v kombi s SCR nebo

kombi. techniky

nová i

stávající

zařízení

kontinuální

PC

50-2009

50-20010

hnědé

uhlí

kombinace Pm


vzduchu a paliva,


dospalování atd.)

nová i

stávající

zařízení

kontinuální

BFBC, CFBC

a PFBC

50-150

50-20011

černé a

hnědé

uhlí

kombinace Pm


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


spodní úroveň 100 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


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


odpadní vody

BAT BAT


Sedimentace nebo chemická úprava

a opětné vyuţití ve stanici


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


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.


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.


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.


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


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.


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.


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/


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.


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.


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


1800 1950

minimální náklady na odsíření mezi běţnou

úrovní emisí a dosaţitelnou úrovní


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.


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)


jednotlivé hodnoty


Cd (mg/Nm3) kontinuální vzorkování,

jednotlivé hodnoty


As/Pb/Cu/Ni/Sn (mg/Nm3)

( v tuhých částicích)


jednotlivé hodnoty


As (mg/Nm3) kontinuální vzorkování,

jednotlivé hodnoty


** 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


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 %.


5.3.4.1 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


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


Pm= primární opatření


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)


50-100 GF

AFBC

100-300 AFBC Pm/(dávkování

vzduchu)/ESP

6 57 9

> 300

vysvětlivky:

GF= spalování na roštu


Pm (…) primární opatření ke sniţování NOx


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


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:





PFBC = spalování v tlakovém fluidním loţi


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)


50-100

GF

PP

AFBC

100-300

PP

AFBC Pm:

(postupné

dávkování

vzduchu) /ESP

136 99 2

> 300 PP

AFBC

vysvětlivky:


FF= tkaninový filtr Pm (…) primární opatření ke sniţování NOx

PP= spalování práškové rašeliny ESP = elektrostatický odlučovač

SNCR = selektivní nekatalytická redukce


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


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


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


dispozici

čistící zařízení

pro pásy

dopravníku

sníţení

fugitivních

emisí prachu


dispozici

Skladování biomasy, rašeliny a aditiv

skladování

jemného praš.

paliva v uzavř.

prostorách

nebo silech

sníţení

jemných

částic


dispozici

oddělené

skladování paliv

z biomasy

různé kvality

stabilizace

podmínek

spalování


dispozici

uskladnění

vápna i vápence

v uzavřených

silech za

sníţení emisí

sníţení emisí

jemných

částic


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


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


ŢP


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


ŢP


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


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


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


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


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


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


zkušenost

přenos vlivů

prostředím

ekonomika pozn.

nová

zařízení

RE-MO*


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


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


ŢP


zkušenost

přenos

vlivů prostředím

ekonomika pozn.

nová

zařízení

RE-MO *


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


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


specifického

zařízení

Regenerace demineralizátorů a kondenzačních zařízení

inverzní

osmóza

sníţené

vypouštění

odpadní vody


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


specifického

zařízení


sedimentace

nebo chemická

úprava a

opětné vyuţití

v závodě

sníţené

mnoţství

vypouštěné

odpadní vody


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


dispozici

skladování

v uzavřených

zásobnících

sníţení

fugitivních

emisí prachu


dispozici

přeprava ve

velkých pytlích

či cisternových

návěsech

sníţení

fugitivních

emisí


dispozici

Vyuţití popela z biomasy

vyuţití popela

z biomasy

s nízkým

obsahem

těţkých kovů

jako hnojiva

opětné vyuţití

odpadů ze

spalování


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


tohoto dokumentu a zejména k 5. části předmluvy: „ Jak pochopit a pouţít tento dokument“ .


předkládají v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje


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


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




představují působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění




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.


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


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


dokumentu není moţné do důsledků vyhodnotit takové místně specifické faktory. Pokud


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.


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




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.


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)


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)


zařízení

kontinuální

FBC

(BFBC a

CFBC)

200-300 200-300 spoluspalování biomasy a

rašeliny, injektáţ vápence,



ESP, FGD (sds)


zařízení

kontinuální

100-300

PC 200-300 200-300 injektáţ vápence,



ESP, FGD (sds)


zařízení

kontinuální

FBC

(BFBC a

CFBC)





ESP, FGD (sds)


zařízení

kontinuální

> 300

PC 50-150 50-200 FGD (wet),

FGD (sds)

Vypírání mořskou vodou,

kombinované techniky ke

sníţení NOx a SO2


zařízení

kontinuální

FBC (BFBC

a CFBC





ESP, FGD (sds) nebo FGD

(wet)


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)


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


zařízení

kontinuální

FBC

(BFBC a

CFBC)

150-250 150-300 kombinace Pm (jako je rozdělení

vzduchu nebo recirkulace spalin)


zařízení

kontinuální

100-300

PC 150-200 150-250 kombinace Pm (jako je postupné


nízkoemisní hořáky),

případně SNCR a/nebo SCR


zařízení

kontinuální

FBC

(BFBC a

CFBC)

150-200 150-250 kombinace Pm (jako je postupné

dávkování vzduchu nebo

recirkulace spalin)


zařízení

kontinuální

> 300

PC 50-150 50-200 kombinace Pm (jako je postupné


nízkoemisní hořáky),



zařízení

kontinuální

FBC

(BFBC a

CFBC

50-150 50-200 kombinace Pm (jako je dávkování

vzduchu nebo recirkulace spalin),



zařízení

kontinuální

Vysvětlivky:


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.


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



Sedimentace nebo chemická úprava a

opětné vyuţití v závodě


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.


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


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.


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



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


topný olej vzduch

C čelní 60 3 svislé řady


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


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


(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.


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


6.3.3.1 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


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


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


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


ţivotní

prostředí


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


dispozici

zdvojené stěny

potrubí s automat.

kontrolou

prostoru mezi

stěnami u

podzemního

potrubí

sníţené

riziko

kontaminac

e vody a

půdy


dispozici

pravidelná revize

skladovacích

zařízení a potrubí

sníţené

riziko

kontaminac

e vody a

půdy


dispozici

skladování vápna

a vápence

v uzavřených

silech

s omezením

prachu

sníţení

emisí

jemných

částic


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


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


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


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


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


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


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


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


ţivotní

prostředí


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


recirkulace

spalin


pro zařízení

pouze u kotlů a


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


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


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


pro zařízení

splachování povrchu

sedimentace nebo

chemická úprava

a opětné vyuţití

v závodě

sníţené

mnoţství

vypouštěné

odpadní vody


pro zařízení

vyuţití systémů

lapačů oleje

menší riziko

kontaminace

vody a půdy

moţná moţná velká


CHSK = chemická spotřeba kyslíku

428

6.5 Nejlepší dostupné techniky (BAT) pro spalování kapalných paliv




předkládají v této kapitole se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje


identifikaci klíčových problémů odvětví ve vztahu k ţivotnímu prostředí, jimiţ jsou emise

do ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování


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,


technik


spotřeb pro toto odvětví v obecném smyslu vše v souladu s článkem 2, odstavec 11 a




skupiny.

Na základě takového posudku se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou





prokazují působení na ţivotní prostředí by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění




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


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


dokumentu není moţné vyhodnotit do důsledků takové místně specifické faktory. Pokud


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


zařízení nebo při stanovení obecně závazných předpisů podle článku 9, odstavec 8.


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 .





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)


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


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


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


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)


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)


zařízení

100-300 50-150(2) 50-200(3) Kombinace primárních opatření (jako je


hořáky, dospalování atd.), v kombinaci

s SNCR, SCR nebo kombinované techniky


zařízení

> 300 50-100(4) 50-150(5) Kombinace primárních opatření (jako je


hořáky, dospalování atd.), v kombinaci s

SCR nebo kombinované techniky


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:




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


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


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


vody ; SCR

SCR lze vyuţít u

nových i



15 % obj. O2, 273 K,

101,3 kPa

zařízení

s motorem na

těţký topný olej

typ Millerova

motoru, zpoţděný


vody ; SCR

SCR lze vyuţít u

nových i



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.


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


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


TTO

1,1


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.




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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


ţivotní

prostředí


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


k dispozici


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


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


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


ţivotní

prostředí


zkušenost

přenos

vlivů

prostředím

ekonomika poznámky

nová

zařízení

RE-

MO *

kotle na plyn

nízký přebytek

vzduchu

sníţení NOx

CO, zvýšení

účinnosti


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


ţivotní

prostředí


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


ţivotní

prostředí


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


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


ţivotní

prostředí


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


modelování

parametrů

optimalizace

provozu

turbiny a tak i

sníţené emise


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


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


ţivotní

prostředí


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




předkládají v této kapitole, se posuzovaly na základě opakovaného postupu, který zahrnuje


identifikaci klíčových problémů spojených s působením odvětví na ţivotní prostředí, coţ

jsou emise do ovzduší a vody, tepelná účinnost a odpady ze spalování


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,


technik






skupiny.

Na základě takového posouzení se v této kapitole představují nejlepší techniky, které jsou





prokazují působení na ţivotní prostředí, by se mohly předpokládat jako výsledek uplatnění




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.


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



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.


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


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


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.




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.


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



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)





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


ţivotní

prostředí


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


vykládka prašného a/


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


skladování prašného a/


paliva v uzavřených

zásobnících nebo

bunkrech

sníţení

zapáchu a

fugitivních

emisí


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


ţivotní

prostředí


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


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)


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




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


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


ţivotní

prostředí


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


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


ţivotní

prostředí


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


pro

zařízení

tkaninové filtry sníţení prachu

a TK


Oxid siřičitý

mokré, suché a

polosuché

techniky pro

odsíření spalin

Sníţení SO2,

HCl, HF,

prachu a TK


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


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


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


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,


technik



přílohou IV Směrnice (96/61/EC.)



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


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




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.



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.


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


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”;

http://europa.eu.int/comm/environment/emas/index_en.htm

http://www.iso.ch/iso/en/iso9000-14000/iso14000/iso14000index.html

http://www.chengpower.com/

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”;

http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/waisidx_00/40cfr75_00.html

http://www.pavtech.com/

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

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 %.


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


+ 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



+ 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


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


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

Date post:	08-Jan-2022
Category:	Documents
Upload:	others
View:	1 times
Download:	0 times

þí ší ý á VELKÁ SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ - MPO

Documents