Nejpoužívanější způsoby snižování emisí NOx

Elektrárny spalující fosilní paliva zatěžují životní prostředí oxidem uhličitým, siřičitým, oxidy dusíku a oxidy některých aromatických uhlovodíků. V procesu práškového spalování dochází k úletu popílkových částí do ovzduší.

Už na konci 90. let XX. století byl podle požadavků zákona o ochraně ovzduší z roku 1991 a mezinárodních závazků ČR vůči ekologii dokončen program snižování emisí látek znečišťujících ovzduší tepelných a energetických zdrojů.

Byl realizován na bázi výběru energetických kotlů. Nové technologie byly ke kotlům připojeny a došlo i k odstavení řady zastaralých a nízkoúčinných kotlů a k výstavbě nových fluidních. V praxi se využívají i moderní způsoby spalování, při nichž se škodliviny z kouřových plynů odstraňují přímo při spalování, resp. vůbec nevznikají.

Jedná se o fluidní spalování. Ve srovnání s klasickým spalováním vzniklé kouřové plyny obsahují cca 3 % síry (přidáním vápence) a cca 25 % oxidů dusíku.

Inovační procesy

U neodstavených kotlů a nových kotlů fluidního typu byly inovovány odlučovače tuhých látek a realizována primární opatření v řízení vlastního spalovacího procesu - DeNOX. Současně byly jednotlivé energetické výrobní bloky vybaveny novými měřicími a monitorovacími systémy.

Čtěte také: O ekologii - učebnice

Nové metody pro ekologizaci spalin lze rozdělit do následujících oblastí:

• Odsířování pomocí polosuché vápencové metody - s fluidním reaktorem a látkovým filtrem ve srovnání s polosuchou metodou s použitím atomizéru. Metoda odsíření pomocí fluidního reaktoru se jeví jako modernější řešení. Při jejím použití lze docílit menší a přesně řízenou spotřebu sorbentu, vysokou flexibilitu, jednoduchý mechanický systém i nižší provozní náklady, a to jak v rozsahu nákladů na sorbent, příp. adsorbent, tak nákladů na servisní údržbu.
• Odsířování mokrou vápencovou metodou - tzv. mokrá vápencová vypírka je nejrozšířenější metodou v uhelné energetice. Základní rozdíl oproti jiným metodám spočívá v tom, že se jedná o mokrou vypírku proudu spalin reakčním činidlem v reaktoru za současného vzniku tzv. finálního produktu (energosádrovce).

Emise dusíku a Národní program snižování emisí (NPSE)

Opomenout nelze ani emise dusíku V rámci Národního programu snižování emisí (NPSE) v ČR je třeba se zaměřit rovněž na emise oxidu dusíku. Od 1. 1. 2016 (nejpozději k 1. 7. 2020) je nutné dosáhnout plnění emisních limitů stanovených vyhláškou č. 415/2012 Sb. To předpokládá u stávajících zdrojů řadu úprav spalovacího procesu a rekonstrukcí. Budou se uplatňovat jak primární opatření ke snížení emisí oxidu dusíku, tak sekundární, a to odstraněním již vzniklých oxidů dusíku ze spalin.

Hlavním problémem metody SNCR (selektivní nekatalytická redukce NOx) je relativně úzké teplotní okno (cca 850-1050 °C). Pokud je reagent vstřikován do oblasti s nízkou teplotou, oxidy dusíku NOx nereagují s radikálem NH2-, protože reakční rychlost je nízká. To má za následek zvýšení koncentrace čpavku NH3 ve spalinách, tzv. čpavkový skluz.

Pokud je naopak reagent vstřikován do oblasti s vysokou teplotou, NH2- radikál začne přednostně reagovat s kyslíkem O2. To naopak koncentrace NOx ve spalinách zvýší. Účinnost metody SNCR je silně ovlivněna teplotou spalin, resp. správným umístněním trysek ve spalovací komoře.

Jako nejlepší se jeví jejich kombinace, kdy lze získat komplexní nástroj s co nejzajímavější ekonomickou a časovou efektivitou. Jedná se o kombinaci provozního měření na reálném spalovacím zařízení, bilanční tepelné výpočty a CFD modelování. Účinnost selektivní nekatalytické redukce (SNCR) je cca 40- 60 %. Při vysoké redukci NOx ovšem dochází k výraznému nárůstu koncentrace čpavku (NH3) ve spalinách.

Čtěte také: Tipy pro ekologický život

Selektivní katalytická redukce (SCR - selektivní katalytická redukce NOx) probíhá ve speciálním reaktoru. Katalyzátorem jsou oxidy vanadu, molybdenu nebo wolframu na nosiči z oxidu titaničitého. Do spalin se vstřikuje amoniak a směs se vede přes katalyzátory, kde vzniká elementární dusík a voda.

Tato metoda je investičně nákladnější, ale obsah NOx ve spalinách lze snížit účinněji, až o 80-90 %. Z pohledu splnění emisních limitů NOx a NH3, které budou platné v rámci připravované legislativy EU - BAT po roce 2020, se jedná o sofistikovanější technologii. Bude ji nutné využívat minimálně v kombinaci se SNCR.

Odprášení pomocí tkaninového filtru a elektroodlučovače - tkaninové filtry lze efektivně použít v prostředí s teplotami do 120 °C, elektrofiltry do 130 °C, elektroodlučovače (s více sekcemi) dosahují provozní účinnosti 96-99 %.

Výzva pro praxi

„Je nutné neustále vyvíjet nové moderní technologie pro snižování emisí sledovaných látek, příp. nalézt možnosti zvyšování účinnosti u stávajících,“ uvedl ředitel společnosti Envir & Power Ostrava, a. s., Ing. Jiří Míček.

„Máme praktické zkušenosti z realizací projektů zaměřených na odsiřování systémem mokré vypírky, která je vhodná pro jednotky vyšších výkonů, i polosuché metody odsíření pomocí fluidního reaktoru nebo atomizéru. Technologie polosuchého odsíření jsou navázány na odlučování tuhých znečisťujících látek pomocí tkaninových filtrů nebo elektroodlučovači. Zaměřujeme se na denitrifikaci (snižování koncentrace oxidů dusíku ve spalinách), a to jak metodou SNCR (primární a sekundární opatření), tak metodou katalytické redukce SCR.“

Čtěte také: Doprava a životní prostředí

Envir & Power Ostrava, a. s., se věnuje se svými partnery (VŠB - TU Ostrava, ÚJV Praha Řež, ÚCHP - AV ČR) rovněž výzkumu v oblasti snižování emisí rtuti. Ing.

Přísnější limity pro emise síry, oxidů dusíku a tuhých znečisťujících látek, které začnou platit počínaje rokem 2016 (resp. od roku 2020 pokud provozovatelé výroben využili možnosti přechodového období), nutí majitele teplárenských zdrojů instalovat elektrostatické filtry nebo tkaninové filtry se zhášeči jisker, a to především u zdrojů spalující biomasu nebo jiná méně kvalitní paliva.

Pojem denitrifikace znamená snížení znečišťujících látek, především sloučenin NOx z plynných spalin. Tyto sloučeniny vznikají při spalování paliv za vysokých teplot (řádově teploty přesahující 1100 °C), kdy nejvýrazněji vznikají termické sloučeniny dusíku. Do spalin se uvolňují palivové sloučeniny vázané právě v hořlavině daného paliva také rozkladem.

Základními prvky pro primární snížení oxidů dusíku jsou opatření upravující samotný spalovací systém. Patří mezi ně např. Druhým způsobem snižování těchto oxidů je konstrukční zásah do samotné spalovací komory. Jako třetí princip se využívají různé metody kombinující předešlé dvě kategorie, a to především úpravy mlecích okruhů paliva společně s regulací přívodu primárního, ale především sekundárního vzduchu do spalovací komory.

Tento článek se zaměřuje především na odsíření spalin z tepelného zdroje. Znamená to tedy odstranění sloučenin síry z plynných produktů spalování, a to spalin na výstupu z kotlů, případně filtrů pro zachycení tuhých znečišťujících látek (TZL). V přírodních plynných palivech se síra vyskytuje nejčastěji ve formě SO2 nebo SO3. U pevných paliv, a to především uhlí, které je využíváno v naší republice u většiny stacionárních zdrojů tepla, je síra vázána již v palivu jako součást hořlaviny.

Pyritová síra v uhlí je ta forma síry, která je v případě nerozptýleného výskytu v palivu relativně dobře odstranitelná klasickými metodami, mezi které patří např. úprava v hydrocyklonech. Účinnost těchto metod je však mnohdy omezená. Existují také jiné mechanické způsoby odstranění síry již z paliva, je to ovšem otázkou ekonomické efektivity, protože mnohdy jsou tyto metody neekonomické z hlediska prodejní ceny tepla na našem trhu, již právě z důvodu velkého rozvoje menších ekologických zdrojů a nasazení kogeneračních jednotek.

Dnes prakticky nejvíce používané metody odstraňování sloučenin síry jsou právě ze spalin vstupujících do komína. V některých zdrojích můžeme dále nalézt metodu odstraňování síry přímo ve spalovací komoře, ovšem v dnešní době je tato metoda využívána hojně pouze u fluidních kotlů, kde je jednodušší rozprášení aditiva do spalovací komory,čímž se dosahuje dostačující účinnosti odsíření. Jedná se o suchou metodu dávkování aditiva přímo do spalovacího procesu v nejvhodnějším teplotním oknu. Aditivum za vysokých teplot zreaguje s vázanou sírou a vznikají stabilní sloučeniny jako např. CaSO4, MgSO4 atd. Nejobvyklejší užívaná aditiva jsou např.

Právě zmíněné fluidní kotle jsou vhodné z toho důvodu, že tato aditiva setrvají ve spalovacím procesu dlouhou dobu v optimálních podmínkách. Ovšem i u těchto ohnišť reaguje s palivem pouze určitá část přiváděného aditiva. Další hojně používaná metoda je tzv. polosuchá metoda odsíření. Tato metoda je upřednostňována hlavně pro elektrárenské bloky o instalovaném výkonu max. do 300 MW. Vyznačuje se především tím, že produkt odsíření je vhodný pro trvalé uložení na běžnou skládku, ale není příliš vhodný pro další použití jako druhotná surovina. Principiálně se jedná o jednoduchý proces lehce zvládnutelný v praxi.

Poslední a v dnešní době nejvíce využívanou metodou je tzv. mokrá vápencová vypírka. Je to nejrozšířenější metoda v uhelné energetice a víceméně jediná dnes používaná metoda moderních elektráren. Základním rozdílem oproti předešlým metodám je ten, že se jedná o mokrou vypírku proudu spalin reakčním činidlem v reaktoru současně za vzniku tzv. end-produktu (energosádrovec), který může být nadále použit jako druhotná surovina pro využití ve stavebnictví jako základy silničních pojezdů nebo výrobu např.

Celý proces se skládá z řad dílčích procesů, které realizují jednotlivé zóny odsiřovacího reaktoru. Tento reaktor se často nazývá absorbér. Základním principem je přivedení nevyčištěných spalin do absorbéru, kde dochází ke sprchování těchto spalin vápencovou suspenzí v několika úrovních. Návrh konstrukce, počet sprchovacích úrovní a volba typu trysek většinou vychází z CFD simulací pro dosažení co největší mezifázové plochy reagentu a spalin pro co nejdokonalejší vyčištění.

Vyčištěné spaliny odchází poté horní částí absorbéru do stávajícího komína elektrárny. Na výstupu těchto spalin z absorbéru bývá kontinuální měření nejen emisí spalin, ale především teploty spalin tak, aby bylo zajištěno, že je tato teplota vždy alespoň o 10 °C vyšší než je teplota rosného bodu spalin za daného tlaku. V praxi se tato teplota spalin pohybuje v rozmezí 68-58 °C.

Absorbér bývá většinou kovová nádoba výšky kolem 17 m s vnitřním pogumováním v několika vrstvách. Sprchovací úrovně jsou vždy nejméně 2, avšak v praxi mnohdy 3. Nad těmito sprchovacími úrovněmi je nadále zařízení, tzv. odlučovač kapek, který snižuje hmotnostní úlet vody ve spalinách, a tím také ztráty pracovního média.

Jedná se většinou o žaluziové mřížky s tryskami pro oplach, který bývá automaticky systémem ASŘTP prováděn vždy v řádech několika desítek minut. Spodní část absorbéru je tvořena jímacím dnem, kde zůstává určitá hladina sádrovcové suspenze. V Těchto místech je do absorbéru zaváděn oxidační vzduch z míchadel oxidačního vzduchu. Dále tu jsou umístěna míchadla absorbéru pro promíchání suspenze a vytvoření tak dokonalejšího prostředí pro oxidaci.

Tato vápencovo-sádrovcová směs je neustále recirkulována velkými recirkulačními čerpadly do horních částí trysek sprchovací úrovně. Z důvodu abrazivního prostředí jsou vždy tato potrubí ze sklolaminátu, označovaného jako FRP. Tato metoda je velmi účinná a efektivní, avšak potřebuje velké prostory pro vápencové hospodářství, pro zajištění procesní vody pro proplachy všech čerpadel, výstavbu nových budov s nádržemi pro sádrovcovou a vápencovou suspenzi a mnohé další provozní média potřebná pro kontinuální čištění proudu spalin.

Metoda je často označována jako WLST FGD a dosahuje účinnosti až 98,5 %. Výsledný produkt je pak získáván tak, že z jímací části absorbéru je odtahovými čerpadly odsávána sádrovcová suspenze, která je dále odváděna do míchacího centra za účelem odvodnění. Z míchacího centra je dále suspenze odváděna do zahušťovače, který v praxi dokáže odvodnit suspenzi až na 30 % hm.

Dle nedávného prohlášení Teplárenského sdružení ČR bude nutné do teplárenských zdrojů v ČR investovat do konce příštího roku 18 mld. Kč, aby byly dodrženy stanovené přísnější emisní limity. V současnosti probíhá retrofit 3 velkých elektráren, a to teplárny Karviná, elektrárny Opatovice a elektrárny v Českých Budějovicích. Tyto projekty jsou nejen ekonomicky velmi nákladné (řádově miliardy korun), ale také velmi složité po technické stránce výstavby a návaznosti jednotlivých technologií. Realizace takového rozsáhlého projektu bývá vždy nesnadný úkol.

Jednak je třeba výstavba díla v investici za několik stovek miliónů korun. Dále je třeba naplánovat veškeré dodávky a subdodávky zařízení na stavbu, napojení technologií v krátkém okamžiku a napojení a zprovoznění během odstávky kotlů. Zajistit se musí také přeložky potrubních mostů a veškerých inženýrských sítí v okolí stavby.

Snížení emisí uhlíku oproti současnému stavu je jednou z největších výzev současnosti. Bude to vyžadovat úplnou přeměnu našeho globálního energetického systému. U tak složitého úkolu nemůže existovat jednoduché řešení.

Společnost Alfa Laval již spolupracuje s mnoha zákazníky na podpoře jejich cílů v oblasti snižování emisí. Spolupracujeme s partnery na vývoji nových řešení pro zachycování uhlíku a jsme také lídrem v oblasti výměníků tepla optimalizovaných pro ekologická přírodní chladiva.

Vzhledem k omezeným možnostem dekarbonizace v odvětvích, jako je ropný a plynárenský průmysl, energetika, rafinerie, petrochemie a cementářský průmysl, bude CCU/S pro budoucnost energetického trhu zásadní.

Společnost Advanced Materials JTJ s.r.o. v posledních dnech zaznamenala další z řady úspěchů. První článek Photocatalytic NOx abatement: The effect of high air flow velocity publikovaný v Environmental Technology & Innovation se zabývá vlivy různých povětrnostních podmínek na účinnost nátěrů FN NANO®, zejména pak rychlosti vzduchu a proudění. Výsledky prokázali vysokou účinnost námi vyvinutých těchto nátěrů i při náročných podmínkách proudění i vysoký vliv na redukci nejen NO, ale i NO2. Představují tak vysoce účinný způsob jak řešit auty a průmyslem znečištěné ovzduší.

Druhý článek s názvem Photocatalytic abatement of air pollutants: Focus on their interference in mixtures otištěný v Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry je završením dlouhodobé práce vědecké práce na téma měření a testování čištění vzduchu pomocí fotokatalýzy a fotokatalytické technologie FN NANO®. Venkovní vzduch obsahuje mnoho znečišťujících látek, jako jsou anorganické oxidy dusíku (NOx), oxidy síry (SOx) a oxidy dusíku (CO) a ozón (O3), stejně jako organické a karcinogenní sloučeniny (VOC). Studie dochází k závěru, že účinnost odstraňování jednotlivých znečišťujících látek není ovlivněna, pokud jsou znečišťující látky ve směsi. Těchto skutečností využíváme v našich 3D modelech. Jsme schopni simulovat environmentální vliv nátěru na okolní vzduch.

Selektivní katalytická redukce (SCR)

Technologie SCR platí za asi nejúčinnější způsob snížení emisí oxidů dusíku u moderních vznětových motorů. Hlavní snahou technologie SCR je snížit množství sloučenin oxidu dusíku ve výfukových plynech. Ty vznikají při spalování za vysokých teplot.

Selektivní katalytická redukce (SCR) je založena na následujícím principu - při dodávce AdBlue se uvolňuje amoniak (NH3), který reaguje s oxidem dusnatým (NO) a dusičitým (NO2), přičemž vzniká dusík (N2). Účinnost této technologie je uváděna na 99 procent, avšak současně platí, že její správná funkce dost závisí na přesnosti řízení dávkování AdBlue.

Pokud bychom měli všechny uvedené způsoby snižování emisí oxidů dusíku hodnotit, tak nejjednodušší je recirkulace spalin, která ale bývá kombinována s ostatními systémy. Výhodou je, že nepotřebuje žádnou dodatečnou úpravu emisního systému.

Jako nejlepší se ukazuje SCR, byť i ten má některé nevýhody. Kromě potřeby doplňovat kapalinu AdBlue je to také složitost a současně i cena celého systému. Kromě účinné redukce NOx přináší rovněž snížení dnes tolik populární hodnoty emisí oxidu uhličitého, neboť jeho produkce úzce souvisí se spotřebou paliva. Pokud je nízká (a to SCR umožňuje), bude nízká také produkce CO2.

tags: #nejpoužívanější #způsoby #snižování #emisí #NOx

Oblíbené příspěvky:

• Důsledky pro zdraví a životní styl v ČR
• Montáž odpadní hadice pračky
• Kompostování doma: Kompletní průvodce
• Metody sanace v ČR
• Program školy v přírodě v Ostravici