Redukce emisí látek v ovzduší: Metody a technologie

Výroba elektřiny a tepla z fosilních zdrojů, stejně jako samotná těžba těchto zdrojů, je spojena s emisemi znečišťujících látek do ovzduší. Při hnědouhelné těžbě jsou emitovány prachové částice, v důsledku spalování fosilních paliv jsou produkovány především emise oxidu siřičitého, oxidů dusíku, oxidu uhelnatého a tuhých znečišťujících látek.

Z důvodu snížení množství emisí znečišťujících látek do ovzduší jsou na spalovacích zdrojích instalována zařízení ke snižování emisí. Pro snížení objemu oxidů síry je většinou využívána vysokoúčinná metoda odsiřování kouřových plynů na principu mokré vápencové vypírky, na některých zdrojích je využívána polosuchá metoda, při které jsou škodliviny ze spalin absorbovány na částicích vápenné suspenze, a částice takto vzniklého produktu jsou následně vlivem tepla kouřových plynů usušeny. K zachycení oxidů síry z fluidních topenišť dochází díky dávkování vápence do ohniště přímo ve spalovací komoře.

Snižování množství emisí oxidu siřičitého je na některých spalovacích zdrojích (především fluidních kotlích) realizováno formou náhrady fosilních paliv spalováním nebo spoluspalováním biomasy. Snižování emisí znečišťujících látek je také dosahováno provozováním obnovitelných zdrojů energie. Obnovitelným zdrojem s nejvyšším objemem výroby elektřiny je vodní energie. Ve Skupině ČEZ je spalována biomasa k výrobě elektřiny ve čtyřech zdrojích - Elektrárně Poříčí, Elektrárně Hodonín, Energetickém centru Jindřichův Hradec a v polské Elektrárně Chorzów.

Na podzim 2010 bylo podepsáno Prohlášení o strategické součinnosti ČEZ, a. s., a MŽP v oblasti ochrany ovzduší a klimatu. Dne 15.7.2022 byla mezi ČEZ, a. s. a MŽP podepsána Dobrovolná dohoda o spolupráci v oblasti ochrany klimatu, energetiky a některých souvisejících oblastech. ČEZ se v této souvislosti zavázal zkrátit horizont dosažení uhlíkové neutrality o 10 let, do roku 2040.

Emise elektráren a tepláren jsou kontinuálně monitorovány, je sledována kvalita ovzduší v blízkosti těchto zdrojů a uhelných dolů. Údaje z imisních měření jsou součástí databáze ISKO provozované na národní úrovni Českým hydrometeorologickým ústavem. Skupina ČEZ při provozu uhelných elektráren a tepláren dlouhodobě a systematicky sleduje jejich vliv na znečištění ovzduší prostřednictvím vlastní měřicí imisní sítě.

Čtěte také: Redukce emisí u Citroen C3

Ekologizace elektráren a tepláren je spojena se zpřísňováním emisních parametrů vycházejících z legislativy EU. K přizpůsobení se přísným emisním požadavkům pro tuhé znečišťující látky, oxid siřičitý, oxidy dusíku a oxid uhelnatý, jsou realizována příslušná technická opatření, případně náhrada stávajících zdrojů novými. Po dokončení rozsáhlého ekologizačního programu v letech 1992 - 1998, v rámci kterého se podařilo oproti úrovni na počátku 90.

V průběhu období 2007 až 2012 prošla Elektrárna Tušimice 2 komplexní obnovou, při které došlo k výměně čtyř původních kotlů, rekonstrukci elektrostatických odlučovačů a vybudování nového odsíření. Následně byla realizována modernizace Elektrárny Prunéřov v letech 2012 až 2016. Obnova spočívala v rekonstrukci tří stávajících výrobních bloků (B23, B24, B25). V souvislosti se zahájením provozu obnovených bloků Elektrárny Prunéřov 2, byly trvale odstaveny z provozu dva neekologizované bloky (B21, B22). V roce 2015 byly realizovány ekologizační projekty za účelem snížení emisí oxidů dusíku prostřednictvím kombinace primárních a sekundárních opatření na Elektrárně Počerady (selektivní nekatalytická metoda), Elektrárně Mělník I (selektivní nekatalytická metoda) a Elektrárně Dětmarovice (selektivní katalytická metoda) na úroveň nových přísnějších emisních limitů požadovaných evropskou legislativou. V případě Elektrárny Mělník I byla současně s projektem snížení emisí oxidů dusíku realizována opatření na snížení emisí tuhých znečišťujících látek. V roce 2017 je plánováno uvedení do zkušebního provozu nového nadkritického blokuv Elektrárně Ledvice.

V případě provedených retrofitů a ekologizačních opatření je dosaženo cílových emisních hodnot v souladu s nejlepšími dostupnými technikami (tzv.

Technologie ochrany ovzduší

Technologie ochrany ovzduší zahrnují širokou škálu metod a zařízení pro snižování emisí znečišťujících látek.

• Zdroje znečištění ovzduší
• Fyzikálně chemické změny vybraných znečišťujících látek v ovzduší
• Principy funkce vybraných průmyslových zařízení používaných při ochraně ovzduší
• Technologie redukování emisí oxidů síry, oxidů dusíku a jejich kombinované metody
• Spalování odpadů
• Postupy separace oxidu uhličitého a sulfanu, problematika separace PCB, PCDD, PCDF
• Možnosti redukce exhalací v dopravě a příklady vybraných průmyslových procesů - vznik a likvidace různých emisí

Základní poznatky o metodách a technologiích používaných při snižování environmentálního zatížení ovzduší

Studenti budou schopni zvážit a vybrat vhodné a efektivní procesní technologie snižování průmyslových emisí do ovzduší. Kurz je ukončen zkouškou. Zkouška se získává za úspěšné zvládnutí povinné výuky, probíhá ústní formou.Hodnotí se stupeň znalostí a porozumnění komplexnosti technologií ochrany ovzduší.

Čtěte také: Jak snížit emise: praktické tipy

Osnovy výuky

1. Úvod do technologie ochrany ovzduší
2. Fyzikální a chemické změny vybraných znečišťujících látek v ovzduší
3. Technologické procesy a nejběžnější průmyslové zařízení v ochraně ovzduší
4. Redukce emisí oxidů síry
5. Redukce emisí oxidů dusíku
6. Kombinované metody snižování emisí oxidů síry a oxidů dusíku
7. Spalování odpadů
8. Metody separace oxidu uhličitého a sulfanu a problematika PCB, PCDD, PCDF
9. Exhalace v dopravě
10. Příklady vybraných průmyslových procesů -- od tvorby až po likvidaci emisí

Učební cíle

Podat přehled o základech jednotlivých technologických procesů, kterými lze omezit množství emisí a imisí s ohledem s ohledem na optimalizaci výsledku.

BAT (Nejlepší dostupné techniky) pro snižování emisí

BAT 1: Nejlepší dostupnou technikou je monitorovat řízené emise do ovzduší z procesních pecí/vařáků v souladu s normami EN, a to nejméně s minimální frekvencí uvedenou v tabulce níže. (1) Obecné normy EN pro kontinuální měření jsou EN 15267-1, -2 a -3 a EN 14181.

BAT 2: Nejlepší dostupnou technikou je monitorovat řízené emise do ovzduší jiné než z procesních pecí/vařáků v souladu s normami EN, a to nejméně s minimální frekvencí uvedenou v tabulce níže.

Optimalizovaného spalování se dosahuje správnou konstrukcí a provozem zařízení, což zahrnuje optimalizaci teploty a doby zdržení v zóně spalování, účinné mísení paliva a spalovacího vzduchu a kontrolu spalování. Kontrola spalování je založena na kontinuálním monitorování a automatizované kontrole příslušných parametrů spalování.

BAT 7: Nejlepší dostupnou technikou pro snížení emisí amoniaku do ovzduší při použití selektivní katalytické redukce (SCR) nebo selektivní nekatalytické redukce (SNCR) ke snížení emisí NOX je optimalizovat konstrukci a/nebo provoz SCR nebo SNCR (např.

Čtěte také: Minimalizace odpadu u domácích spotřebičů

BAT 9: Nejlepší dostupnou technikou pro snížení zatížení znečišťujícími látkami odváděnými ke koncovému čištění odpadních plynů a zvýšení energetické účinnosti je využití provozních odpadních plynů s dostatečnou výhřevností ve spalovací jednotce.

BAT 12: Nejlepší dostupnou technikou pro snížení emisí oxidu siřičitého a jiných kyselých plynů (např.

BAT 28: Nejlepší dostupnou technikou pro účinné využívání zdrojů je maximalizovat využití vodíku vyráběného jako vedlejší produkt, např.

BAT 35: Nejlepší dostupnou technikou pro snížení emisí organických sloučenin do ovzduší z jednotky hydrogenace acetofenonu v procesu výroby SMPO za jiných než běžných provozních podmínek (např.

BAT 39: Nejlepší dostupnou technikou pro zvýšení účinného využívání zdrojů je zpětné získávání vodíku vyráběného jako vedlejší produkt při dehydrogenaci ethylbenzenu a jeho použití buď jako chemického činidla, nebo jako paliva při spalování odpadního plynu z dehydrogenace (např.

BAT 40: Nejlepší dostupnou technikou pro zvýšení účinného využívání zdrojů v jednotce hydrogenace acetofenonu v procesu výroby SMPO je minimalizace nadbytečného vodíku nebo recyklace vodíku pomocí BAT 8a.

BAT 46: Nejlepší dostupnou technikou, jíž lze předcházet produkci odpadních vod (např.

BAT 57: ►C1 Nejlepší dostupnou technikou ke snížení emisí organických sloučenin do ovzduší je použití níže uvedené techniky d.

BAT 59: Nejlepší dostupnou technikou pro snížení organického zatížení vypouštěného ze štěpné jednotky a destilační jednotky k dalšímu čištění odpadních vod je zpětné získání fenolu a ostatních organických sloučenin (např.

BAT 68: Nejlepší dostupnou technikou je monitorování emisí do vody minimálně s níže uvedenou frekvencí a v souladu s normami EN.

BAT 79: Nejlepší dostupnou technikou je monitorování emisí do vody minimálně s níže uvedenou frekvencí a v souladu s normami EN.

Technologie snižování emisí PCDD/F při energetickém využívání odpadu

V současné době existují na trhu různé technologie, které umožňují snížení emisí látek PCDD/F u energetického využívání odpadu na hodnotu danou směrnicí EU o spalování odpadů č. 76/2000 i českým zákonem o ovzduší č. 86/2002 Sb. Emisního limitu látek PCDD/F 0,1 ng TE/Nm3 má být dle české legislativy dosaženo nejpozději 28. 12. 2004.

K úspěšnému a efektivnímu omezení emisí látek PCDD/F při energetickém využívání odpadu je nutná kombinace tzv. primárních a sekundárních opatření. Zatímco u primárních opatření se jedná hlavně o správné dimenzování spalovacího prostoru, optimalizaci spalovacího procesu, vysoce efektivní odlučování úletového popílku, pokud možno o krátké době setrvání úletových popílků v odlučovacích výsypkách, rychlé ochlazení spalin nebo vysoce účinný proces čištění spalin, sekundární opatření jsou realizovatelná dále popsanými speciálními technologiemi, které pracují na principu adsorpce nebo katalyticko-oxidační destrukce.

Dávkování aktivního koksu

Eliminaci paměťového efektu lze dosáhnout pouze dávkováním aktivního koksu v práškové formě do proudu spalin po jejich výstupu z filtračního zařízení. Látky PCDD/F (a částečně rtuť) se adsorbují na povrchu matrice a dostávají se posléze do vstupního aparátu pračky spalin - quenche, a dále do jejího absorpčního systému.

Po nasazení dávkování aktivního koksu do proudu spalin emise látek PCDD/F postupně klesají a dosáhnou trvalé emisní hodnoty 0,1 ng TE/Nm3. Eliminace paměťového efektu je výrazně závislá na čase. Trvalého stavu je tedy dosaženo až po delší době. Tento okamžik je pro každé zařízení různý a závisí rovněž na koncentraci PCDD/F ve spalinách opouštějících ohniště, které je proto nutné provozovat při optimálních podmínkách.

Ze spalin odloučené škodliviny a rovněž použitý aktivní koks se koncentrují v cirkulačních pracích vodách pračky, které jsou pak podrobeny čisticímu procesu číření. Aktivní koks se odděluje ve speciálním, relativně náročném a nákladném filtračním zařízení (např. svíčkový filtr).

Výhodami procesu dávkování aktivního koksu do spalin jsou malé prostorové nároky, relativně nízké investiční a provozní náklady. Nevýhodami může být vyšší opotřebení oběhových čerpadel a trysek.

Reaktor aktivního koksu

Proces reaktoru aktivního uhlí či aktivního koksu (používá se i termín adsorbér) byl v polovině osmdesátých let zaveden hlavně v zařízeních na energetické využívání odpadu ve SRN (např. RZR Herten). Koncept tohoto zařízení spočívá v podstatě v adsorpčním stupni na bázi aktivního pecního práškového koksu (HOK) a v jednom katalyzátorovém stupni na bázi formovaného aktivního koksu (FAK).

Proces má filtrační účinek pro jemný prach a dochází při něm k adsorpci organických látek (např. PCDD/F), SO2, HCl, těžkých kovů ve formě páry (např. Hg) na aktivní koks HOK.

Ve skladovacích silech a v procesním reaktoru může docházet k vytváření horkých míst a k samovznícení náplně. Kromě toho jemné částice a otěr mají sklon k vytváření výbušného ovzduší. Z tohoto důvodu musí být celý systém nepřetržitě kontrolován. V případě překročení určitých hodnot je systém inertizován vpouštěním dusíku v plynném stavu.

Procesní reaktor sestává z ocelové nádoby o výšce 22 m s vnitřními vestavbami, kde hloubka koksových loží je až 3 metry. Z prostorových důvodů je obtížné uvažovat o této technologii pro větší objemy spalin, proto se od ní upouští.

Selektivní katalytická redukce

Katalyzátory byly koncem osmdesátých let vyvinuty původně pro redukci oxidů dusíku ze spalin tepelných elektráren. Postupně byly tyto technologie použity i pro redukci oxidu dusíku a pro katalyticko-oxidační destrukci látek PCDD/F v zařízeních na energetické využívání odpadu. Termín technologie SCR (SCR - Selective Catalytic Reduction) pochází z tohoto období.

Nosné materiály katalyzátoru jsou keramické plásty nebo kovové desky s kanály. Katalyzátor sestává z ocelové konstrukce s vnitřními moduly o rozměrech 1 x 2 x 1 m. Aktivita katalyzátoru v průběhu času pozvolna ustává. Na deaktivaci má vliv zejména palivo, složení spalin a provozní teplota. Provozní doby katalyzátorů po dobu více než osmi let jsou normální. Spalovna odpadu Spittelau ve Vídni má po deseti letech provozu stále ještě první katalyzátorový materiál.

Je výhodné dimenzovat katalyzátor tak, aby mohly být spolu s emisemi látek PFCDD/F současně snižovány emise oxidů dusíku.

Kombinovaný filtr

Tato technologie má být vlastně kombinací procesních stupňů odlučování tuhých emisí (odprášení) a katalyticko-oxidační destrukcí látek PCDD/F pro čištění spalin. Základem je kombinovaný tkaninový filtr s katalytickými substancemi, integrovanými ve filtrační tkanině, která je chrání před účinky popílku.

Kombinovaný filtr může být zařazen za parním kotlem - v oblasti spalin nezbavených tuhých emisí nebo případně za filtračním zařízením (elektrofiltr, nebo klasický tkaninový filtr) v oblasti spalin téměř zbavených tuhých emisí. V obou případech je však v oblasti spalin nezbavených anorganických kyselin, oxidů síry a těžkých kovů, kde se teplota pohybuje v rozmezí od 180 °C do 220 °C. Protože je provozní teplota kombinovaného filtru limitována (max. kolem 200 °C), je vhodné zajistit chlazení spalin na max. přípustnou teplotu.

Moderní způsoby spalování a inovace v ekologizaci spalin

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.

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.

Nové metody pro ekologizaci spalin

• 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).

Snižování emisí oxidu 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 kombinace 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.

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 %.

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 %.

tags: #redukce #emisí #látek #v #ovzduší #metody

Oblíbené příspěvky:

• Harmonogram svozu odpadu Rychvald
• Nakládání s odpady
• Jak vybrat bezdotykový koš
• Nerostné suroviny a zdroje
• Environmentální Politika EU