Wrocław marzec 2013 roku. Prelegent: mgr inż. Leszek Dlouchy

Transkrypt

1 Wrocław marzec 2013 roku Prelegent: mgr inż. Leszek Dlouchy Opr.: JBB

2 Przedmiotem prezentacji jest krótkie omówienie: 1. uwarunkowań prawnych obowiązujących w zakładach energetyki cieplnej w Polsce, 2. dostępnych technologii realizujących postanowienia prawne Ustawodawcy RP, oraz dyrektyw UE

3 Jednym z ważniejszych systemów regulacyjnych w zakresie ochrony środowiska, jest system pozwoleń na wprowadzanie do środowiska substancji, lub energii. Obecnie obowiązujące sektorowe podejście do pozwoleń emisyjnych dla istniejących instalacji w przedsiębiorstwach energetyki cieplnej uległo zmianie, gdyż dalsza ich eksploatacja jest możliwa jedynie w przypadku posiadania przez prowadzącego instalację tzw. pozwolenia zintegrowanego (PZ). Podstawowym etapem procesu uzgodnień warunków pozwolenia zintegrowanego jest ocena poziomu zastosowanych rozwiązań technicznych, technologicznych i organizacyjnych w zakresie przeciwdziałania powstawaniu zanieczyszczeń i ograniczania skutków szkodliwych emisji do środowiska, ze szczególnym uwzględnieniem stosowania metod pierwotnych (technologii).

4 Takie podejście wynika bezpośrednio z filozofii Dyrektywy o Zintegrowanym Zapobieganiu i Kontroli Zanieczyszczeń (Integrated Pollution Prevention and Control - IPPC) - Dyrektywa 96/61/EC, która ma na celu wprowadzenie jednolitych mechanizmów regulujących konkurencyjność gospodarek krajów członkowskich w zakresie poziomu minimalnych nakładów na ochronę środowiska, eliminowania ekodampingu w procesach przemysłowych i stałego podnoszenia efektywności działań technicznych związanych z ochroną środowiska. Dostosowanie krajowego przemysłu energetyki cieplnej do wymogów określonych w Prawie Ochrony Środowiska (POŚ), w zakresie wymagań Najlepszej Dostępnej Techniki (Best Available Techniques - BAT), wymaga stworzenia systemu wymiany informacji na temat stosowanych technik i technologii. W opracowaniu przedstawione zostały podstawowe, obecnie stosowane techniki, oraz wskazano pozostałe techniki, które w aktualnych uwarunkowaniach ekonomicznych i środowiskowych, można uznać za Najlepsze Dostępne Techniki (BAT) w rozumieniu ustawy POŚ.

5 Dyrektywa 2010/75/UE w sprawie emisji przemysłowych (IED), ustanawia nowe zasady dotyczące zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom powstającym w wyniku działalności przemysłowej, oraz obowiązki dotyczące kontroli tych zanieczyszczeń. Dyrektywa weszła w życie z dniem 6 stycznia 2011 r., a unijne przepisy powinny zostać wdrożone do przepisów krajowych najpóźniej do 7 stycznia 2013 r. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych kładzie nacisk na zintegrowane podejście do kwestii ochrony środowiska prowadzące do zapobiegania, lub przynajmniej ograniczenia powstawania zanieczyszczeń przede wszystkim poprzez wprowadzenie nowych rozwiązań technicznych i organizacyjnych dotyczących produkcyjnej.

6 Komisja Europejska uznała, że obowiązująca dotychczas dyrektywa IPPC (dyrektywa 96/61/WE z dnia 24 września 1996 r. dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli) pozostawia krajom członkowskim UE zbyt dużą dowolność w ustalaniu wymogów zawartych w pozwoleniach zintegrowanych. Jest to niezgodne z zasadą konkurencyjności rynku wspólnotowego, ponieważ tworzą się dysproporcje w dostosowaniu przedsiębiorstw z różnych państw do wymogów ochrony środowiska. W związku z powyższym została opracowana nowa Dyrektywa 2010/75/UE w sprawie emisji przemysłowych, która stawia sobie za zadanie usprawnienie dotychczas istniejącego systemu, uproszczenie obowiązujących procedur administracyjnych, oraz ujednolicenia wymogów wydawania pozwoleń we wszystkich krajach Unii Europejskiej.

7 1. 96/61/WE z dnia 24 września 1996 r. dotyczącej zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli (Dz. Urz. WE L 257 z ), /80/WE z dnia 23 października 2001 r. w sprawie ograniczenia emisji niektórych zanieczyszczeń do powietrza z dużych obiektów energetycznego spalania (Dz. Urz. WE L 309 z ), /76/WE z dnia 4 grudnia 2000 r. w sprawie spalania odpadów (Dz. Urz. WE L 332 z ), /13/WE z dnia 11 marca 1999 r. w sprawie ograniczenia emisji lotnych związków organicznych spowodowanej użyciem organicznych rozpuszczalników podczas niektórych czynności i w niektórych urządzeniach (Dz. Urz. WE L 85 z ), 5. 78/176/EWG z dnia 20 lutego 1978 r. w sprawie odpadów pochodzących z przemysłu ditlenku tytanu (Dz. Urz. WE L 54 z ), 6. 82/883/EWG dnia 3 grudnia 1982 r. w sprawie procedur nadzorowania i monitorowania środowiska naturalnego w odniesieniu do odpadów pochodzących z przemysłu ditlenku tytanu (Dz. Urz. WE L 378 z ), 7. 92/112/EWG z dnia 15 grudnia 1992 r. w sprawie procedur harmonizacji programów mających na celu ograniczanie i ostateczną eliminację zanieczyszczeń powodowanych przez odpady pochodzące z przemysłu dwutlenku tytanu (Dz. Urz. WE L 409 z ).

8 Z powyższego kompendium wynika, że IED nie zmienia dotychczas obowiązujących dyrektyw UE. Można zauważyć jedynie, iż ułatwia egzekwowanie ich postanowień poprzez wprowadzenie monitoringu zewnętrznego, zaliczając do dużych źródeł kotły emitujące przez jeden komin 50 MWterm., oraz wprowadzając dodatkowo redukcję emisji metali ciężkich, jak np. rtęci.

9 Oczyszczanie spalin powstających w kotłach rusztowych spalających węgiel jest problemem wymagającym specjalnego podejścia. Uwzględniając szeroki zakres zmienności stężeń zanieczyszczeń w spalinach, bardzo trudne jest opracowanie skutecznej, taniej i łatwej w eksploatacji technologii oczyszczania spalin z kotłów rusztowych. Powszechnie stosowana do usuwania SO 2 technologia wapniakowa polegająca na zraszaniu odpylonych spalin zawiesiną wapniaka, nie nadaje się ze względu na wysokie koszty inwestycyjne. Podobnie nieprzydatna jest metoda katalitycznej redukcji NOx, amoniakiem. Wiadomo też, że stosowane w Polsce (w elektrowniach) technologie oczyszczania spalin powstały w USA, Japonii i Europie Zachodniej. W krajach tej strefy, od dawna już nie ma kotłów rusztowych spalających węgiel (zastąpiono je gazowymi i olejowymi) i w związku z tym nie było ani potrzeby, ani możliwości opracowania technologii oczyszczania spalin z tych kotłów. W związku z tym, że w Polsce w najbliższym dwudziestoleciu nie zrezygnuje się z kotłów spalających węgiel, należało opracować specyficzne technologie, nadające się do ograniczania emisji zanieczyszczeń z w/w kotłów.

10 Jest systemem ograniczenia szkodliwych emisji do atmosfery, metodą pierwotnego oczyszczania spalin w palenisku kotła przy zastosowaniu instalacji wtrysków. Zasada procesu: iniekcja do strefy spalania kotła roztworu wodnego sorbentu X, który zmniejsza stężenie NOx, CO i sadzy, oraz sorbentu Y, który zmniejsza stężenie SO 2. Technologię wdrożono na kotłach WR-25, a uzyskane w czasie eksploatacji wyniki potwierdziły skuteczność oczyszczania spalin.

11

12

13 Sorbent X ze zbiornika jest pompowany do kolektora, który ma za zadanie dostarczyć sorbent X do lanc dwustrumieniowych wprowadzonych króćcami do kotłów. Lance dodatkowo są zasilane sprężonym powietrzem. Na końcu lanc jest komora mieszania, w której następuje dynamiczne wymieszanie sorbentu z powietrzem. Lance zakończone są dyszami mającymi za zadanie utworzenie mgiełki aerozolowej wprowadzanej do komory spalania kotła. Dysze dozują miliardy cząsteczek powietrza i sorbentu, które: 1. tworzą reakcje chemiczne z emitowanymi szkodliwymi związkami; 2. poprzez strumień cząsteczek sprężonego powietrza, jako powietrze wtórne powodują: dodatkowe napowietrzanie; tworzenie warstwy fluidalnej związków stałych pirolizy, sadzy i podziarna węgla; gazyfikację spalin; 3. wpływają na dopalenie: sadzy, cząsteczek podziarna węgla, związków powstałych w wyniku gazyfikacji spalin.

14 Jest metodą instalacji urządzeń redukujących niebezpieczne związki gazów odlotowych na odcinku rurociągu w kotłowniach przemysłowych. Jest to metoda mokra polegająca na oczyszczaniu spalin w specjalnej konstrukcji reaktorze poziomym (łatwość obsługi), zraszanym specjalnymi sorbentami i utleniaczami. Metoda ta umożliwia usuwanie SO 2, NOx, HCl, HF, Hg i innych metali ciężkich do dowolnie niskiego poziomu np. dopuszczalnych stężeń dla spalarni odpadów. Produkty procesu oczyszczania mogą być stosowane jako płynny, lub stały nawóz potasowo azotanowo - siarczynowy.

15

16 Spaliny z kotła płynące kanałem 2 przy przymkniętej zasuwie 1, muszą wpłynąć do kanału 3 i górnej części zbiornika 4. W kanale 3 umieszczone zostaną 4 dysze cieczowe 5 zraszane wodnym roztworem sorpcyjnym ze zbiornika 4 przez pompy 6. Wstępnie ochłodzone spaliny uderzają o lustro barbotowanej cieczy ( przez sprężone powietrze ze sprężarki 7) i wpływają do reaktora 8. W pochyłym reaktorze 8 zainstalowanych jest 16 dysz cieczowych (sekcja I) zasilanych ze zbiornika 4 pompami 6. Każda dysza ma wydatek 2 m 3 /h (razem 20 dysz) co daje stosunek L/G = 2 (2 litry roztworu na 1 m 3 spalin). Dysze cieczowe z sorbentem SO 2 zainstalowane są w sekcji I reaktora 8. W sekcji II do ochłodzonych do temperatury ~ 50 o C i pozbawionych SO 2 spalin, przez 4 dysze 9 wprowadzany jest wodny roztwór H 2 O 2 ze zbiornika 10 przez pompy 11. Roztwór H 2 O 2 jest rozpylany przez dysze dwustrumieniowe zasilane sprężonym powietrzem ze sprężarki 7 (lub z sieci zakładowej). Wydatek każdej dyszy to 0,3 m 3 /h. W wyniku iniekcji do spalin H 2 O 2 nastąpi utlenienie NO, Hg i w spalinach powstaną krople HNO 3 i Hg(NO 3 ) 2, należy je usunąć podając do dysz cieczowych 12 sorbent, pompami 13 ze zbiornika sorbentu 14. Proces ten zachodzi w III sekcji reaktora 8. Oczyszczone spaliny przepływają w dalszej kolejności przez odkraplacz 15, zmywany wodą przez układ 16. Ścieki z odkraplacza 15 stanowią uzupełnienie strat wody (odparowanie) w zbiorniku 4, lub podawane bezpośrednio (eżektor) do dysz 5. Oczyszczone i pozbawione kropel spaliny płyną do istniejącego kanału spalin 2, kanałem 18. Analizę na zawartość SO 2, NO, O 2 i innych zanieczyszczeń, zapewnia układ pomiarowy 19.

17 Dotychczasowa praktyka wdrożeniowa dowodzi, iż redukcja szkodliwych emisji jest bardzo kosztowna. Niezależnie od kosztów inwestycyjnych, zakłady produkcyjne są prawnie obligowane do wdrożeń, w dbałości o ochronę środowiska i międzynarodowe zobowiązania naszego kraju. Strategie gospodarcze polskich elektrowni już dwadzieścia lat temu doprowadziły do pierwszych inwestycji dotyczących odsiarczania spalin. W ostatnim okresie w ślad za wielką energetyką poszły duże elektrociepłownie. Pozostałe zakłady, szczególnie ciepłownie miejskie, pozbawione są takich możliwości z powodu braku technologii dla ich kotłów! Dodatkowo zarządy zakładów produkcyjnych, kierując się efektami ekonomicznymi przedsiębiorstwa, podejmowały trudne decyzje, dokonywania opłat karnych do WIOŚ, gdyż były one niewspółmiernie niższe od kosztów inwestycyjno eksploatacyjnych instalacji ograniczeń szkodliwych emisji. Widząc ogromny potencjał w małej energetyce, konstruktorzy polscy opracowali technologie spełniające oczekiwania inwestorów. Technologie realizują wymogi prawne, skuteczność i niezawodność ograniczania szkodliwych emisji, oraz docelowo w zastosowanym ciągu technologicznym (po okresie zwrotu kosztów inwestycji), poprawiają kondycję finansową przedsiębiorstwa. Dodatkowym efektem inwestycji, jest całkowite rozwiązanie narastającego problemu samorządów terytorialnych, dotyczącego polityki energetycznej i gospodarki odpadami.

18 W odróżnieniu do stosowanych pojęć, należy określić skrót TPO jako TERMICZNE PRZETWARZANIE OPAŁU. Określenie to powstało w wyniku poszukiwań takich rozwiązań, które w wyczerpujący sposób spełniają oczekiwania inwestorów energetyki cieplnej, a dotyczących: 1. ograniczenia szkodliwych emisji do środowiska naturalnego; 2. ekonomicznego uzasadnienia podjętych inwestycji. Jak już wspomniano, punkt 1 jest bardzo kosztowny. Należy zakupić licencję użytkowania technologii, projekty, zbudować instalację i pokrywać koszty eksploatacji instalacji oczyszczającej spaliny. W przypadku braku dodatkowych rozwiązań, cena produktu finalnego (energii cieplnej, elektrycznej, pary technologicznej) wzrasta nieproporcjonalnie do możliwości nabywczych konsumentów. Poszukując rozwiązań dodatkowych, Zespół Autorski opracował technologię WSPÓŁSPALANIA różnych materiałów w procesach produkcyjnych, wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej. Kotły w ciepłowniach polskich, głównie opalane są węglem energetycznym dobrej jakości, co pociąga za sobą wysoką cenę opału. W obecnym stanie prawnym, szkodliwe emisje regulowane są jakością węgla, starannością załogi ciepłowni, oraz mało ekonomicznym spalaniu w kilku kotłach. Ogólnie rzecz ujmując, materiałem spalanym jest węgiel kamienny najlepszej jakości. Istnieje jednak możliwość zastąpienia wysokoenergetycznego węgla, innym materiałem z niższą wartością energetyczną. Spełnić należy dwa podstawowe warunki: 1. wprowadzić przedpalenisko; 2. zainstalować technologię metodą wtórną.

19 Dochodzi się tym sposobem do technologii współspalania, różnych materiałów o wartości opałowej od Q r = 6 MJ/kg do Q r =35 MJ/kg. Poniżej przedstawiony Schemat blokowy, obrazuje pełny ciąg technologiczny, adoptowanej ciepłowni do współspalania materiałów węglowych, osadów ściekowych, odpadów komunalnych, szpitalnych i przemysłowych.

20

21 Przedstawione poniżej dane i obliczenia są odniesieniem do rzeczywistych warunków statystycznej ciepłowni i mogą służyć do wykonania analiz obliczeniowych metodą porównawczą. I. Zastosowane przedpalenisko, zaprojektowane jest do: - pracy 8000 godzin w ciągu roku; - spalania 6000 kg różnych materiałów na godzinę; - uzyskania temperatury spalin > 1250 o C. II. Koszty inwestycyjne, zależne od przyjętego wariantu i lokalizacji III. Koszty eksploatacyjne, zależne od strumieni usuwanych zanieczyszczeń: SO 2, NOx, Hg, CO, sadza - usunięcie 1kg SO 2 = 2zł - usunięcie 1 kg NO 2 = 4 zł - sadzy, CO i Hg bez kosztów, przy usuwaniu NOx utleniaczem.

22 Zastosowanie danego wariantu technologii umożliwia eksploatację kotłowni, przy dopuszczalnej emisji zanieczyszczeń. Dostosowanie się do obowiązującego prawa naszego Kraju i dyrektyw UE. Obniżenie kosztów wytwarzania energii zależy od lokalnych możliwości termicznej utylizacji odpadów, natomiast do czasu uzyskania stosownych uprawnień, ciepłownia może obniżyć koszty uzyskania energii, współspalając materiał węglowy na bazie mułów z osadników zakładów przetwórstwa węgla JSW S.A. Dziękuję za uwagę!