І . Вольчин Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, Київ volchyn@gmail

1. Шляхи покращання екологічних показників роботи енергетики України. Оновлена енергетична стратегія України І.Вольчин Інститут вугільних енерготехнологій НАН України, Київ volchyn@gmail.com Винники, жовтень 2012 р. ІV міжнародна науково-практична конференція „Екологічні аспекти роботи енергетики України. Шляхи зменшення негативного впливу на навколишнє середовище”

2. Виробіток електроенергії в Україні,

3. Структура паливного балансу ТЕС ГК України Запаси вугілля в Україні 44 млрд. т (категорії А+B) 117 млрд. т (категориї А+B+C)

4. Валові викиди ТЕС ГК України (тис. т)

5. Основні нормативні документи, спрямовані на зниження викидів забруднюючих речовин від великих котлів • Угода про енергетичне співтовариство (підключення до європейської електромережі ENTSO-E); до 31.12.2017 рівень викидів ТЕС має відповідати вимогам Директиви 2001/80/EC. З 01.02.11 Україна стала членом Європейського енергетичного співтовариства • Протокол про важкі метали 1997 р. і Протокол про боротьбу з підкисленням, евтрофікацією та приземним озоном 1999 р. до Конвенцїї ООН про транскордонне перенесення забруднення на великі відстані 1979 р. • Наказ Мінприроди від 22.10.2008 № 541 «Про затвердження технологічних нормативів допустимих викидів забруднюючих речовин із теплосилових установок, номінальна теплова потужність яких більше 50 МВт». • Податковий кодекс України.

6. Гранична концентрація пилу для вугільних котлів (на 6 % O2 в СДГ) З 01.01.2016 гранична концентрація твердих частинок для існуючих котлів становитиме 50 мг/м3.

7. Гранична концентрація SO2для вугільних котлів (на 6 % O2 в СДГ) 7 З 01.01.2018 існуючі котли повинні виконувати вимоги для модернізованих.

8. Гранична концентрація NOxдля вугільних котлів (на 6 % O2 в СДГ) 8 З 01.01.2018 існуючі котли повинні виконувати вимоги для модернізованих.

9. Прогноз виробітку електроенергії

10. Баланс встановлених потужностей

11. Модернізація потужностей теплових електростанцій

12. Введення нових потужностей пиловугільних ТЕС по роках

13. Питомі витрати умовного палива на відпуск електроенергії вугільних ТЕС

14. Викиди шкідливих речовин великих теплових електростанцій (ЄС – 2006 р., Україна – 2009 р.)

15. Шляхи зменшення негативного впливу вугільної теплоенергетики на довкілля Підвищення ефективності використання твердого палива шляхом будівництва нових енергоблоків з ККД вище 42 % чи реконструкції існуючих з підвищенням ККД до 37-40 %. На сьогодні енергоблоки 300 МВт мають ККД нижче 35 %, а блоки 200 МВт – нижче 32 %. Корінне зниження викидів забруднюючих речовин (діоксиду сірки, оксидів азоту, твердих частинок) шляхом впровадження нових технологій газоочищення. Підвищення ступеня утилізація відходів виробництва електроенергії, переведення відходів у продукти спалювання з їх подальшим використанням. Впровадження очищення стічных вод в системах мокрої десульфуризації димових газів.

16. Пиловугільне спалювання Ультра-надкритичніпараметригострої пари (тиск близько 300 бар, температура вище 600 °С) Застосування 2 промперегрівів ККД нетто – вище 42 % Викиди твердих частинок нижче 10 мг/м3 Викиди діоксиду сірки нижче 200 мг/м3 Викиди оксидів азоту нижче 150 мг/м3 Приклад: ТЕС Niederaussem (Німеччина), Nordiylland, Avedoer (Данія), Isogo (Японія), Wang-gu (Китай) …

17. Підвищення параметрів пари для пиловугільних енергоблоків

18. Енергоблок Walsum 10 (Дуйсбург, Німеччина) • Електрична потужність – 750 МВт • Паливо – камяне вугілля • Електричний ККД – більше45 % • Сіркоочистка – мокра вапнякова • Азотоочистка – СКВ • Градирня – 181 м • Кап. затраты – 820 М€ • Компания-владелец – STEAG • Компания-поставщик - Hitachi Power Europe GmbH

19. Спалювання в циркулюючому киплячому шарі Низькотемпературне спалювання (830-900 °С) Використання вугілля широкого діапазону якості, включаючи відходи вуглезбагачення Низькі викиди забруднюючих речовин Робота при докритичих та надкритичних параметрах гострої пари Приклад: ТЕС Lagisza (Польща), 460 МВт, прямоточний котел з тиском гострої пари 220 бар і температурою 600 °С и с промперегревом 620 °С, сжигание углей при температурі в паливній камері близько 850 °С

20. Технологічні заходи з пилоочищення • Сухе електростатичне осадження.Ефективність більше 99.5 %. Низький гідравлічний опір. Суха зола. Низькі експлуатаційні затрати. Високі капітальні затрати • Мокре електростатичне осадження. Ефективність більше 99.9 %. Низький гідравлічний опір. Відсутність вторинного виносу. Низькі експлуатаційні затрати. Високі капітальні затрати. Мокра зола. Витрата води на зрошення. • Тканинні фільтри. Ефективність більше 99.9 %. Низькі капітальні затрати. Високий гідравлічний опір. Високі експлуатаційні затрати. • Мокрі золовловлювачі. Ефективність більше 99.9 %. Низькі капітальні затрати. Високий гідравлічний опір. Високі експлуатаційні затрати. Велика витрата води на зрошення. Необхідність нагріву відхідних газів.

21. Електростатичне осадження Ефективність осадження Швидкість дрейфу

22. Переваги мокрого способу електростатичного осадження • Робота в умовах 100 % вологості димових газів з наявністю в них крапель; • Незалежність від електричних та хімічних властивостей твердих частинок; • Незалежність від вхідної температури димових газів • Зменшення швидкості димових газів • Підвищення вмісту водяної пари у димових газах як електронегативного газу; • Усунення вторинного виносу пилу з електродів; • Робота без системи струшування і рухомих частин.

23. Фільтрація димових газів Висока ефективність пилоочищення (вихідна концентрація менше 25 мг/м3) Високий гідравлічний опір (1000-1800 Па) Низькі капітальні затрати Високі експлуатаційні затрати

24. Загальний вигляд мокрого скрубера Вентурі з мокрим ЕСФ Реконструкція в межах існуючої комірки Зберігається труба Вентурі та нижня частина краплевловлювача Споруджується мокрий електрофільтр. Зростає до 0,24 л/м3 витрата зрошувальної води Швидкість димових газів у мокрому ЕСФ – близько 1,5 м/с Висота електродів – 8-10 м Час перебування – 6 с ККД пилоочистки – 99.8 % ККД сіркоочистки – до 92-94 % Вихідна температура – 63-70 °C

25. Світовий досвід впровадження десульфуризації димових газів на ТЕС • 85 % – мокрі скрубери, з них • 72 % з використанням вапняку ; • 16 % з використанням вапна; • 12 % з використанням інших сорбентів; • 15 % – сухі і напівсухі методи, з них • з використанням абсорбційних реакторів • введення сорбенту в топку чи економайзер • введення сорбенту в газохід (реактор) перед фільтром • гібридні методи 25

26. Мокра десульфуризація димових газівз примусовим окисленням • Сорбент – водная суспензія вапняку чи вапна • Місце подачи – скрубер, розміщений після золовловлювача • Реакції проходять у рідині при температурі нижче точки роси в зоні pH 5.0-5.6 • Основні реакції зв’язування SO2+ H2O = H2SO3 = H+ + HSO3–CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O+ CO2Ca2+ + 2HSO3– = Ca(HSO3 )2Ca(HSO3)2 + ½ O2 + 2 H2O = = CaSO4×2H2O+ H2SO3 • Мольне відношення Ca/S – 1,02-1,10. • Час перебування в cкрубері – близько 10 сек. • Кінцевий продукт – гіпс (чистота 95%) • Ефективність – від 92 до 98 % • Капітальні витрати – від 150 до 250 US$/кВт 26

27. Мокра десульфуризація димових газівзпримусовим окисленням 27

28. Схема процесу MHI DCFS (Double Contact Flows Scrubber) 28

29. Напівсуха вапняна десульфуризація димових газів • Сорбент – гашене вапно Ca(OH)2 . • Подача сорбенту – у вигляді суспензії (краплі) та зволоженого пилу. • Сухий субпродукт та наявність фінального пиловловлювача • Місце подачі – реактор, розміщений або після штатного золовловлювача, або після повітропідігрівника. В реакторі відбувається повне випарювання вологи крапель суспензії за рахунок в тепла димових газів зі зниженням їх температури до 65-80 oC та зростанням відносної вологості димових газів до 50 % • Двох-стадійність проходження реакцій – в краплі , поки вона не висохла, та на частинках сорбенту. Реакції проходять як у реакторі, так і в фінальному пиловловлювачі на частинках сорбенту. • Основні реакції: • SO2 + H2O = H2SO3 Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 OH– • H2SO3 = HSO3– + Н+ НSO3– = SO32– + H+ Са+2 + SO3–2 + ½ H2O = CaSO3·½Н2О 29

30. Переваги та недоліки напівсухої десульфуризації • Переваги напівсухих методів: • високий ступінь сіркоочищення димових газів ( до 95 %); • отримання субпродукту в сухому вигляді і відсутність стічних вод; • відсутність необхідності в підігріві вихідних газів (вище точки роси); • висока надійність і простота обслуговування; • простота апаратурного оформлення; • менші ніж при мокрому способі капітальні і експлуатаційні витрати. • Недоліки методів: • застосування в якості сорбенту дорогого високоякісного вапна або іншого лужного сорбенту; • неповне використання сорбенту (Ca/S >1.5); • підвищення, в деяких випадках, габаритів реактора – абсорбера; • обмежені можливості використання кінцевого продукту. 30

31. Схема циркулюючого сухого скрубера Lurgi 31

32. Установка ЦКШ ДДГ, ТЕС Yushe, Китай300 МВт (2004) 32

33. 33

34. Установка напівсухої сіркоочистки RAFAKOPS Skawina (Poland) • Потужність блоків: 4×165 та 2×172 МВт • Кількість абсорберів: 2 • Потік димових газів: 2×615000 нм3/год • Вміст сірки у вугіллі: 1.2% • Вхідна концентрація SO2: 3600 мг/нм3 • Ефективність сіркоочищення:> 92 % • Витрата сорбенту (вапно): 2×3.8 т/год • Витрата води: 2×14.2 т/год • Вихід продукту: 2×6 т/год • Коефіцієнт надійності: > 96 % 34

35. Электрофильтр илирукавный фильтр Рециркуляция Вода Увлажнитель CaO Конечный продукт Технологія Нової інтегрованої десульфуризації (НІД) – AlstomPower • Ефективність – 80-95% • Сорбент – вапно • Сухий субпродукт – суміш гемігидрату сульфиту і сульфату кальцію і леткої золи • Вміст вологи в сорбенті – 5 % (гумідіфикатор) • Висока запиленість димових газів перед фільтром (до 200 г/м3) • Малі просторові вимоги • На виході золовловлювача вміст твердих частинок не перевищує 30 мг/нм3 35

36. % H2O 70 60 Жидкаясуспензия 50 40 Густая суспензия 30 20 Паста 10 NID 5 Сухая свободно текущая пыль Абсорбированное эквивалентное количествоводы Традиционный полсухой процесс Процесс NID Порівняння SDA і NID – вміст води 36

37. Аміачна напівсуха десульфуризація SO2 + H2O = H2SO3 2 NH4OH + H2SO3 + ½O2 = (NH4)2SO4 + 2 H2O • Подача в вигляді крапель розчину аміачної води або карбаміду; • Необхідність повного випаровування крапель в реакторі перед пиловловлювачем і досягненням вихідної температури очищених димових газів близько 65-70 °С; • стехіометричне відношення амоніак/сірка – нижче двох; • Утворення сухого корисного субпродукту – сульфату амонію (мінерального добрива); • Зв'язування діоксиду сірки амоніаком в умовах підвищеної вологості в електрофільтрі або рукавному фільтрі; • уловлення аерозолів сульфату амонію в електрофільтрі або рукавному фільтрі; • відсутність стічних вод.

38. Ефективність застосування режимно- технологічних методів зменшення NOx

39. Малотоксичні пальники (LNB) Питома вартість впровадження малотоксичних пальників на існуючих котлах становить від 5 до 50 $/кВт

40. Вплив параметрів паливного процесу на ефективність спалювання вугілля та зниження викиду NOx

41. Азотоочистка димових газів

42. СКВ Зона температур: 170-510 °С Основні реакції: 4 NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6 H2O 6 NO2 + 8 NH3 = 7 N2 + 12 H2O

43. СНКВ Зона температур: 850-1000 ° C Основна реакція: 4 NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6 H2O (зменшення) Небажана реакція: 4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O (окислення)