Zawartość i sposoby usuwania rtęci z polskich węgli energetycznych mgr inż. Michał Wichliński
Rtęć Rtęć występuje w skorupie ziemskiej w ilości 0,05 ppm, w małych ilościach można ją wykryć we wszystkich warstwach geologicznych. Naturalnym źródłem emisji rtęci są skały, aktywność wulkaniczna oraz reemisja z ekosystemów lądowych i wodnych. Największymi antropogenicznymi emitorami w Europie w roku 2000 byli: Rosja (część europejska), Polska, Niemcy, Hiszpania i Ukraina. Wśród dziesięciu największych indywidualnych emitorów rtęci w Europie wszystkie to elektrownie lub elektrociepłownie opalane węglem. Na tej liście cztery miejsca zajmują obiekty znajdujące się w Polsce. Tak wysoka emisja rtęci w jest spowodowana bardzo specyficzną strukturą nośników energii elektrycznej i ciepła w Polsce. W 2005 roku około 90% energii elektrycznej wyprodukowano ze spalania węgli kamiennych i brunatnych. Węgle, jako złoża geologiczne są narażone na dysocjację rtęci z przyległych skał wykazują także niejednorodny skład chemiczny, co jest powodem występowania zanieczyszczeń i lokalnych różnic stężeń. Badania wskazują, że głównym składnikiem węgli zawierającym rtęć jest piryt, cynober, sfaleryt, klaustalit, a także związki organiczne.
Przekształcenia rtęci podczas spalania węgla Rtęć emitowana jest do atmosfery w trzech głównych postaciach: Hg 0 trudno rozpuszczalna w wodzie, utrzymuje się w powietrzu do około dwóch lat, Hg 2+ związki rtęci utrzymują się w powietrzu od kilku dni do kilku tygodni; łatwo rozpuszczalne w wodzie Hg(p) rtęć związana lub zaadsorbowana na cząstkach popiołu lotnego, utrzymują się w atmosferze kilka dni do kilku tygodni, rozprzestrzeniają się w skali lokalnej.
Zawartość rtęci [ng/g] Zawartość rtęci w polskich węglach energetycznych 300 250 200 150 100 50 Średnia Błąd standardowy Odchylenie standardowe 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 Numer próbki
Emisja rtęci odniesiona do ciepła spalania [ng/j] 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 Emisja rtęci w odniesieniu do ciepła spalania [ng/j] Emisja rtęci [ng/j] Dopuszczalny poziom emisji rtęci przy spalaniu węgli kamiennnych, wg. US EPA, wynoszący 0,0025 [ng/j] Dopuszczalny poziom emisji rtęci przy spalaniu węgli brunatnych, wg. US EPA, wynoszący 0,0221 [ng/j] 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Węgle kamienne Nazwa próbki 1 2 3 Węgle brunatne 0,000
Dotychczas stosowane sposoby usuwania rtęci opierały się na wychwytywaniu par rtęci ze strumienia spalin za pomocą węgla aktywowanego impregnowanego głównie jodem lub siarką. Skuteczność tej metody, w zależności od sorbentu, może dochodzić do 93%. Jednak w tej metodzie konieczne staje się przepuszczenie całego strumienia spalin przez adsorber, co przy niewielkim stężeniu par rtęci w spalinach powoduje konieczność zastosowania dużej ilości naddatku węgla aktywowanego. Przereagowany sorbent zostaje usunięty ze strumienia spalin w elektrofiltrze. Drugą metodą usuwania rtęci polega na poddaniu paliwa działaniu temperatury poniżej temperatury zapłonu paliwa, przed wprowadzeniem go do kotła. Powoduje to uwolnienie rtęci zawartej w paliwie, bez znaczącej straty w składnikach odpowiadających za wartość opałową paliwa. Skuteczność tej metody zależy głównie od temperatury, oraz czasu trwania procesu i wynosi około 90%. Zaletą tej metody jest zmniejszenie strumienia oparów i zwiększenie koncentracji par rtęci, który trzeba oczyścić za pomocą węgla aktywowanego. Szczególnie ważną zaletą tego procesu w przypadku węgli brunatnych jest zwiększenie energii chemicznej paliwa poprzez pozbawienie go wilgoci. Istotną wadą tej technologii jest konieczność doprowadzenia ciepła, jednakże można tu wykorzystać ciepło odpadowe.
Nagrzewanie węgla w przedziale temperatur 290 320 o C pozwala na usunięcie ponad 75% rtęci zawartej w węglu.
Podsumowanie: 1. Zawartość rtęci w przebadanych próbkach w polskich węglach energetycznych wynosi od 15 ng/g, do 230 ng/g, przy średniej zawartości rtęci 80 ng/g. 2. Podczas spalania węgla rtęć emitowana jest do atmosfery w trzech głównych formach, jako: rtęć elementarna Hg 0, rtęć dwuwartościowa Hg 2+, oraz jako rtęć zaadsorbowana na cząstkach popiołu lotnego. 3. Dopuszczalny poziom emisji rtęci podczas spalania węgla taki jak w USA spowodowałby przekroczenie emisji podczas spalania około 50% polskich węgli kamiennych. 4. Spalanie polskich węgli brunatnych nie spowodowałoby przekroczenia dopuszczalnego poziomu emisji rtęci, gdyż poziom ten jest wysoki z uwagi na dużą zawartość rtęci w amerykańskich węglach brunatnych. 5. Ilość uwolnionej rtęci podczas nagrzewania węgla wynosiła około 75%, w przedziale temperatur 290 320 o C.