Stan poziomu technologicznego niezbędnego do oferowania bloków z układem CCS (w zakresie tzw. wyspy kotłowej, czyli kotła, elektrofiltru, IOS) Autorzy: Krzysztof Burek 1, Wiesław Zabłocki 2 - RAFAKO SA ( Energetyka nr 1/2014) W przypadku budowy nowych jednostek wytwórczych - bloków (zwłaszcza dużej mocy) najważniejsze jest spełnienie wymagań dotyczących emisji szkodliwych substancji do środowiska. Budowane nowe jednostki wytwórcze dużej mocy - używające stałych paliw podstawowych - muszą także charakteryzować się wysokimi sprawnościami (zmniejszenie zużycia paliwa, ograniczenie emisji CO 2 ): jednostki spalające węgiel kamienny: η bloku netto 45,0%; jednostki spalające węgiel brunatny: η bloku netto 41,5%. Stosowane są następujące metody ograniczania emisji szkodliwych substancji, tj. NO x, SO 2 i CO: metody pierwotne - optymalizacja spalania w palenisku; metody wtórne polegające na głębokiej redukcji: - NOx technologia SCR - SO 2 - wysokosprawne mokre metody odsiarczania, - pyły - wysokosprawne wielostrefowe elektrofiltry. Odrębne zagadnienie stanowi ograniczenie emisji gazu cieplarnianego, jakim jest dwutlenek węgla CO 2. Przy realizacji kontraktów na dostawy nowych bloków dużej mocy musi być jednocześnie zapewnione miejsce umożliwiające zabudowę instalacji CCS (Carbon Capture and Storage), czyli wychwytu i składowania (sekwestracji dwutlenku węgla. Jest to wymóg wynikający bezpośrednio z Dyrektywy Parlamentu Europejskiego Nr 2009/31/EC. Warto w tym miejscu przypomnieć, że 6 września 2013 roku Sejm RP przyjął ustawę o podziemnym składowaniu CO 2 (CCS) na terenie Polski. 1 Mgr inż. Krzysztof Burek jest absolwentem Politechniki Śląskiej, Wydziału Mechaniczno-Energetycznego i Uniwersytetu Warszawskiego, Wydziału Marketingu i Zarządzania oraz University of Illionis at Urbana-Champaign. Jest wiceprezesem Zarządu ds. handlowych RAFAKO SA. 2 Mgr inż. Wiesław Zabłocki jest absolwentem Politechniki Warszawskiej, Wydziału Energetyki i Lotnictwa. Obecnie pełni funkcję kierownika Zespołu Pracowni Projektowych Kotłów RAFAKO SA.
W związku z tym raport oddziaływania na środowisko, będący częścią Projektu Budowlanego w celu uzyskania Pozwolenia na Budowę dla nowej jednostki wytwórczej (bloku), musi uwzględniać wychwyt i składowanie CO 2 (CCS). Technologie z zastosowaniem usuwania CO2 Przykładowe Plany Zagospodarowania Terenu z zarezerwowaniem miejsca pod CCS w przypadku bloków dużej mocy o parametrach nadkrytycznych Zgodnie z wymogami środowiskowymi, zawartymi w wytycznych Dyrektywy Parlamentu Europejskiego Nr 209/31/EC, każdy przetarg na budowę nowych jednostek wytwórczych dużej mocy musi przewidywać w planie zagospodarowania terenu miejsce pod zabudowę instalacji CCS. Stąd nazwa: CCS-ready". Na rysunkach 1 4 pokazano przykładowe Plany Zagospodarowania Terenu pod budowę bloków nadkrytycznych ze wskazaniem miejsca pod zabudowę instalacji CCS. Szacuje się, że dwunitkowa instalacja CCS dla bloku klasy 900 MW na węgiel kamienny zajmuje od 2 do 4 ha powierzchni pod zabudowę.
Rys. 1. Blok o mocy elektrycznej 480 MW EC Siekierki (przy obciążeniu bloku ok. 343 tco 2/h Rys. 2. Bloki o mocy elektrycznej 2x900 MW PGE El. Opole SA (ok. 2x660 = 1320 tco 2/h
Rys. 3. Blok o mocy elektrycznej 910 MW TAURON El. Jaworzno III/II (przy obciążeniu bloku ok. 655 tco 2/h Rys. 4 Bloki o mocy elektrycznej 2x900 MW El. Północ ( green grass ) ( przy obciążeniu bloków ok. 1312 tco2/h
Rozwiązania dotyczące budowanego bloku, uwzględniające przyszłościową zabudowę CCS Wymogi dotyczą emisji z głównych urządzeń tzw. wyspy kotłowej, tj.: kotła: - metody pierwotne - optymalizacja spalania z niskimi nadmiarami powietrza w palenisku ( NO x < 350 mg/m n 3, CO < 100 mg/m n 3 ); - metody wtórne dotyczące głębokiej redukcji NO x - SCR (NO x < 30 mg/m n 3 ); możliwości zabudowy dodatkowej warstwy katalizatora (rezerwa); - elektrofiltru - wysokosprawne wielostrefowe elektrofiltry (pył < 20 mg/m n 3 );
Instalacji Odsiarczania Spalin (IOS) - mokre metody odsiarczania o największych sprawnościach (SO 2 < 20 mg/m n 3 ), co można uzyskać poprzez: - zwiększenie ilości poziomów zraszania reagentem, co skutkuje zwiększeniem gabarytów absorbera, - zastosowanie addytywów (np. kwas mrówkowy), emisja pyłu za IOS < 10 mg/m n 3 kanałów spalin - pomiędzy IOS a chłodnią kominową lub IOS a kominem - powinny być wyposażone w zaślepione króćce poboru (powrotu) spalin do/z przyszłościowej instalacji CCS (na uproszczonych schematach spaliny - powietrze pokazano lokalizację wymienionych króćców). W obecnie prowadzonych i realizowanych przetargach w Polsce nie przewiduje się instalowania wentylatorów ciągu uwzględniających opory przepływu spalin przez instalacje CCS. W przypadku budowy instalacji CCS powinien być zabudowany wentylator wspomagający przepływ spalin przez tę instalację.
Uproszczone schematy spaliny-powietrze (+CCS) dla kotła opalanego węglem kamiennym. Rys. 5. Spaliny wyprowadzane przez komin Rys. 6. Spaliny wyprowadzane przez chłodnię kominową
Podsumowanie W prowadzonych obecnie i realizowanych w Polsce przetargach na bloki dużej mocy potencjalni Dostawcy muszą spełnić wymogi związane zapewnieniem miejsce (na Planach Zagospodarowania Terenu) dla zabudowy instalacji CCS (Carbon Capture and Storage), czyli wychwytu i składowania (sekwestracji) dwutlenku węgla. Uwzględniając przyszłościową zabudowę instalacji CCS, główne urządzenia wyspy kotłowej", tj. kocioł, elektrofiltr i IOS, muszą zagwarantować osiągnięcie niskich emisji NO x, SO 2 i pyłu. Kanały spalin za IOS powinny być przygotowane do podłączenia z instalacją CCS. Do ujemnych skutków zabudowy instalacji CCS zaliczyć można: wysokie zapotrzebowanie ciepła (para o ciśnieniu 0,3-0,4 MPa) w ilościach 2,7-3,3 GJ/tCO 2, duże zużycie energii elektrycznej (kompresja CO 2 do ok. 11,0 MPa), sumaryczny efekt: obniżenie sprawności bloku o ok. 10 punktów procentowych, wysokie koszty inwestycji, zapotrzebowanie na dodatkową dużą powierzchnię w obrębie bloku energetycznego na instalację CCS, konieczność uwzględnienia systemu składowania wychwyconego CO 2, w tym uzyskanie wszystkich niezbędnych zezwoleń.