Приєднання України до Угоди про Енергетичне співтовариство.

Екологічні аспекти

І. Вольчин Інститут вугільних енерготехнологій

НАН України, Київ volchyn@gmail.com

Круглий стіл,Київ, 19.05.2011

Выробіток електрогнергії в Україін, млрд. кВтг

2009 2010 +/-

АЕС 82.9 (48.0 %) 89.2 (47.4 %)

+6.3

ТЕС і ТЕЦ 71.1 (41.1 %) 78.0 (41.5 %)

+6.9

ГЕС і ГАЕС 11.8 (6.8 %) 12.9 (6.9 %) +1.1

Блок-станції і комунальні ТЕЦ

7.1 (4.1 %) 7.8 (4.2 %) +0.7

Разом 172.9 (100 %)

187.9 (100 %)

+15.7

Стан ТЕС генеруючих компаній України (на 01.10.2010)

96 енергоблоків, з них 7 енергоблоків 800 МВт (6 - газомазутних), 44 енергоблоки 300 МВт (2 - газомазутних),39 енероблоків 200 МВт, 6 енергоблоків 150 МВт.

7 енергоблоків відпрацювало більше 300 тис. год. 40 енергоблоки відпрацювало від 250 до 300 тис. год. 32 енергоблока відпрацювало от 200 до 250 тис. год. У 2010 р. 7.74 ГВт потужностей не експлуатувалося, з

них 8 газомазутних енергоблоків (300 та 800 МВт) і 9 пиловугільних енергоблоків (150, 200 та 300 МВт).

Роль «замикуючих» потужностей в ОЕС України. ККД вугільних енергоблоків 300 МВт становить 30-34 %. ККД вугільних енергоблоків 150-200 МВт – 28-32 %. Питомий викід діоксиду вуглецю на існуючих вугільних

енергоблоках перевищує 1000 г/кВтг.

Зміна структури споживання палива на ТЕС ГК України

1990 2010

Вугілля 33% 94%

Природний газ

50% 6%

Мазут 17% –

Запаси вугілля в Україні

44 млрд. т (категорії А+B)

117 млрд. т (категорії А+B+C)

Викиди великих ТЕС України (2009)

Забруднююча речовина

Обсяг, тис. тонн

Ліміт України за Мультипротоколом, тис. тонн (2010)

SO2 1050 1457

NOx 135 1222

Тверді частинки 235

CO 10

CO2 66.2 млн. т

Існуючий рівень вмісту забруднюючих речовин у димових газах ТЕС України

Речовина Концентрація, мг/м3

Тверді частинки

Електростатичні фільтри (62.5%),

Осаджувальний електрод < 12 м 600-2500 Осаджувальни електрод => 12 м 250-2100

Мокрі скрубери Вентурі (37.5 %), 1100-3200Діоксид сірки 2000-7000

Оксиди азоту 500-1800

Основні нормативні документи, спрямовані на зниження викидів забруднюючих речовин від великих котлів

Протокол про важкі метали 1997 р. і Протокол про борьбу з підкисленням, евтрофикациєю 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 реочивн із теплосилових установок, номінальна теплова потужність яких більше 50 МВт».

Приєднання УкраЇни до Угоди про Енергетичне співтовариство (підключення до європейської електромережі ENTSO-E); до 31.12.2017 рівень викидів ТЕС має відповідати вимогам Директиви 2001/80/EC.

Податковий кодекс України. Приняття Директиви 2010/75/EU «Про промислові викиди».

7

Сучасні технології зниження викидів забруднююючих речовин

Вещество Технология Эффективность, %

Тверді частинки

Електрофільтри >= 99.3

Рукавні фільтри >= 99.8

Діоксид сірки Мокра десульфуризація 92-98 (вапняк)

Суха десульфуризація 95 (в ЦКШ)

Напівсуха десульфуризація

90-96 (вапно)

Оксиди азотeРежимно-технологічні заходи

до 80

Селективне каталітичне відновленння (SCR)

до 90

Пиловугільне спалювання

Ультра-надкритичні параметри гострої пари (тиск близько 300 бар, температура вище 600 °С).

Застосування 2 промперегрівів. ККД (нетто) вище 42 %. Діапазон регулювання потужності – 40-

100%. Викиди твердих частинок нижче 20 мг/м3. Викиди діоксиду сірки нижче 200 мг/м3. Викиди оксидів азоту нижче 150 мг/м3.

Приклади: ТЕС Niederaussem (Німеччина), Nordiylland, Avedoer (Данія), Isogo (Японія), Wang-gu (Китай) …

Спалювання в циркулюючому киплячому шарі

Низькотемпературне спалювання (830-900 °С) Використання вугілля широкого діапазону якості,

включаючи відходи вуглезбагачення. ККД (нетто) 37-42 %. Діапазон регулювання потужності – 40-100%. Низькі викиди забруднюючих речовин Робота при докритичних і надкритичних параметрах

гострої пари

Приклади: ТЕС Lagisza (Польща), 460 МВт, прямоточний котел з тиском гострої пари 220 бар і температурою 600 °С, з промперегрівом

Старобешівська ТЕС, блок 4; 215 МВт, барабанний котел, здатний спалювати антрацит та відходи його збагачення

Вимоги щодо граничної концентрації SO2 для вугільних котлів (на 6 % O2 в сухих димових газах)

Нормативний документ

Котли Концентрація, мг/м3

Наказ Мінприроди від 27.06.2006 № 309

500

Наказ Мінприроди від 22.10.2008 № 541

Нові 200 (95 %)

Модернізовані 400

Існуючі, вугілля АШ 3400

Існуючі, вугілля П 4500

Існуючі, вугілля Г, Д, Б

5100

Існуючі, ЦКШ 400

Суха десульфуризація Сорбент – вапняк (CaCO3)

або вапно (Ca(OH)2) Зона вхідних температур – 1230-980 oC

800-900 oC для ЦКШ Двухстадійне реагування І стадія – утворення CaO

CaCO3 = CaO + CO2

абоCa(OH)2 = CaO +H2O

ІІ стадия – утворення ангідритуCaO + SO2 + ½ O2 = CaSO4

Ефективність – від 20 до 30 % (для CaCO3) Ефективність – від 50 до 65 % (для

Ca(OH)2) Ефективність для ЦКШ – 90-95 % при Ca/S = 2.5 Небезпека занесення поверхонь нагріву та

повітропідігрівника

• Сорбент – водная суспензія вапняку (вапна)• Подача суспензії сорбенту – в

краплеподібному вигляді (в основному). • Місце подачи – скрубер, розміщений після

золовловлювача• Реакції проходять в краплях при

температурі точки роси• Основні реакції зв’язування

SO2 + H2O = H2 SO3 = H+ + HSO3–

CaCO3 + H+ = Ca2+ + HCO3–

• HCO3– + H2O = OH– + CO2

• HSO3– +½ O2 = SO4

2– + H+

Ca2+ + SO42– + 2 H2O = CaSO4×2H2O

• Час перебування в cкрубері – близько 10 сек.

• Мольне відношення Ca/S – 1,02-1,10.• Кінцевий продукт – гіпс (чистота 95%)• Ефективність – від 92 до 98 %

Мокра десульфуризація димових газів 13

Схема мокрого вапнякового процесу ДДГ

з розпилювальним абсорбером

• Сорбент – гашене вапно Ca(OH)2 . Може подаватися як у вигляді суспенії (1/3 масовий вміст), так і порошку.

• Подача вологи – в краплеподібному вигляді.• Місце подачі – реактор, розміщений після золовловлювача чи

повітропідігрівника. В реакторі відбувається повне випарювання вологи крапель суспензії за рахунок в тепла димових газів зі зниженням їх температури до 65-80 oC

• Основні реакції зв’язування SO2 + H2O = H2SO3

Ca(OH)2 + H2 SO3 = CaSO3 × ½ H2O + ½ H2O

• Реакція проходить як у реакторі на краплях суспензії, так і в золовловнику на частинках сорбенту.

• Мольне відношення Ca/S – 1,2-1,6.• Час перебування в реакторі – до 10 сек. • Ефективність – від 50 до 95 %• Уловлення частинок субпродукту та невикористаного

сорбенту (+ леткої золи) – в золовловлювачі

Напівсуха десульфуризація димових газів

Принципова схема напівсухої сірокоочистки

•½ H2O

СКВ

Зона температур: 170-510 СОсновні реакції:4 NO + 4 NH3 + O2 = 4 N2 + 6 H2O6 NO2 + 8 NH3 = 7 N2 + 12 H2O

Питома вартість будівництва Новий пиловугільний енергоблок – 1600-2000 Euro/kWe Новий енергоблок ЦКШ – 1650-1800 Euro/kWe; Установка мокрої вапнякової сіркоочищення – 120-150

Euro/kWe Установка напівсухої вапняної сіркоочищення – 60-80 Euro/kWe Установка системи азотоочищення – 60-80 Euro/kWe Новий електрофільтр – 20-30 Euro/kWe

Проблема утилізації продуктів спалювання

Директива 2008/1/EC (IPPC) – комплексне запобігання та зменшення забруднення повітря, води та грунтів

Перведення відходів у продукти Сприяння використанню золи, шпаку та золошлаків Сприяння використанню продуктів сіркоочищення