Metody pierwotne redukcji emisji rtęci

Rtęć jest zanieczyszczeniem globalnym, trwają więc prace nad światową konwencją dotyczącą jej emisji do środowiska. Redukcja emisji tego pierwiastka jest możliwa z zastosowaniem metod pierwotnych lub wtórnych. Sposoby przeciwdziałania powstawaniu emisji są tańsze od metod skupionych na późniejszej redukcji emisji.

Metody pierwotne redukcji emisji rtęci to działania, które polegają na odpowiednim doborze technologii produkcji (sposoby i parametry procesu spalania). Zalicza się do nich wzbogacanie węgla oraz zamianę rodzaju stosowanego paliwa1. W przyszłości przewidywane jest także wdrożenie czystych technologii węglowych. Przedstawione poniżej działania dotyczą sektora energetycznego, który cechuje się najwyższą emisją rtęci z procesów spalania węgla w Polsce.

Wzbogacanie węgla i zamiana paliwa

Redukcję emisji rtęci można osiągnąć poprzez stosowanie procesów wzbogacania węgla, wskutek czego zawartość rtęci w paliwie zostaje obniżona jeszcze przed procesem spalania.

W surowym węglu kamiennym wydobywanym w Polsce stężenie rtęci wynosi średnio 100 ppb, a w węglu brunatnym – 250 ppb2. Do tradycyjnych metod oczyszczania węgla zalicza się separację fizyczną, wykorzystującą różnicę gęstości, oraz flotację, bazującą na różnicy właściwości powierzchniowych pomiędzy węglem a jego zanieczyszczeniami3. Osadzarki, stoły koncentracyjne, hydrocyklony, flotacja węgla za pomocą piany to powszechnie stosowane techniki w zakładach wzbogacania węgla. Typowa skuteczność usuwania rtęci, w wyniku wykorzystania tylko procesów oczyszczania węgla, wynosi 10-50%4. Istnieją również bardziej zaawansowane metody chemiczne, polegające na przemywaniu węgla w strudze stopionej zasady potasowej lub sodowej w celu ługowania siarki i innych składników mineralnych. Usunięcie rtęci związanej z frakcją organiczną paliwa umożliwiają metody biologiczno-chemiczne oczyszczania węgla, które pozostają na etapie prac badawczych5.

Innym sposobem zmniejszenia emisji rtęci jest częściowa lub całkowita zamiana rodzaju stosowanego paliwa. W energetyce węglowej może to być mieszanie węgla o wysokiej i niskiej zawartości siarki (ang. blending), zamiana na węgiel o niskiej zawartości siarki i rtęci, zwiększenie udziału gazu i oleju opałowego lub biomasy. Zamiana paliwa nie jest możliwa w każdym przypadku, zarówno ze względów technologicznych, jak również wskutek wysokich kosztów takiej zamiany.

Palniki niskoemisyjne

Stosowanie w kotłach energetycznych palników niskoemisyjnych (ang. low-NOx) pozwala zmniejszyć emisję rtęci z uwagi na obniżoną temperaturę procesu spalania, która powoduje, iż stężenie rtęci elementarnej Hg0 w gazach spalinowych zwiększa się. Jest to jednak możliwe tylko w określonym zakresie temperatur5. Zastosowanie tych technik powoduje także, iż ilość niespalonego węgla w popiele lotnym wzrasta, co ułatwia adsorpcję rtęci obecnej w spalinach. Niewielka ilość danych na temat wpływu tej technologii na skuteczność usuwania metali ciężkich sprawia, że nie ma jednoznacznej opinii, co do skuteczności tej metody w odniesieniu do redukcji emisji metali ciężkich.

Dobór technologii spalania

Prowadzenie procesu spalania w kotłach fluidalnych (ang. Fluidized Bed Combustion – FBC, Atmospheric Fluidized Bed Combustion – AFBC) przyczynia się do zmniejszenia emisji metali ciężkich, ale w przypadku rtęci nie ma jednoznacznych wyników badań potwierdzających tę zależność1, 5. Specyfika procesu spalania w złożu sprzyja jednak procesom kondensacji rtęci gazowej. Przy prowadzeniu spalania w złożu fluidalnym długi czas przebywania gazów spalinowych w materiale złoża powoduje tworzenie się większych ilości drobnych cząstek pyłu. Jest to zależne od wielu parametrów, a m.in. badania prowadzone w Niemczech wykazały, iż czas przebywania gazów spalinowych w materiale złoża zależy od parametrów eksploatacyjnych danej elektrowni, obniżenia temperatury spalania, doboru odpowiedniego sortymentu węgla, określonej zawartości wilgoci w paliwie czy natężenia strumienia przepływu gazu przez złoże1, 5. Długi czas pobytu spalin w złożu fluidalnym zwiększa udział drobnych frakcji pyłu. Im drobniejsza jest frakcja ziaren, tym więcej zawiera ona rtęci elementarnej Hg0. Popioły lotne z kotłów fluidalnych, ze względu na dobrze rozwiniętą porowatą powierzchnię, stanowią potencjalny adsorbent dla rtęci, szczególnie gdy zawierają niespalony węgiel. Fakt niższych emisji rtęci z procesu spalania w złożu fluidalnym wykazywany jest również przy spalaniu odpadów5.

Alternatywą dla zastąpienia konwencjonalnej energetyki węglowej może być w przyszłości wprowadzenie czystych technologii węglowych: wychwytu CO2 po procesie spalania (ang. post-combustion capture), spalania w tlenie (ang. oxy-fuel combustion – OFC), wychwytu CO2 przed spalaniem – technologii zintegrowanego zgazowania paliw (ang. Integrated Gasification Combined Cycle – IGCC), a także podziemnego zgazowania węgla kamiennego. Technologie te, uważane za praktycznie zeroemisyjne, przyczynią się do redukcji emisji rtęci w energetyce.

technologie_i_innowacje_metody_pierwotne_a_głodek_fot

Czyste technologie węglowe mogą być szansą dla energetyki opartej na węglu.

Źródła

1. Panasiuk D., Pacyna J.M., Głodek A., Pacyna E.G., Sebesta L., Rutkowski T.: Określenie poziomu kosztów i korzyści wdrożenia strategii redukcji emisji rtęci. Raport MERCPOL etap II. NILU Polska. Katowice 2010.

2. Głodek A.: Emisja rtęci do powietrza – uwarunkowania. „Ecomanager” 9/2012

3. Głodek A., Pacyna J.M.: Możliwości redukcji emisji rtęci ze spalania węgla. „Ochrona powietrza i problemy odpadów” 2/2007.

4. Kraus K. i in.: Assessment of technological developments: best available techniques (BAT) and limit values. UN ECE Convention on Long-range Transboundary Air Pollution. 2006.

5. Hławiczka S.: Rtęć w środowisku atmosferycznym. IPIŚ PAN. Zabrze 2008.

technologie_i_innowacje_emisja_rteci_a_glodek_fot_autora

Anna Głodek, specjalista ds. ochrony powietrza, NILU Polska (Norweski Instytut Badań Powietrza)

technologie_i_innowacje_metody_pierwotne_a_głodek_fot_2

dr inż. Damian Panasiuk, kierownik projektu, NILU Polska i UKSW w Warszawie

Opublikowano: Ecomanager Numer 10/2012 (30)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *