Jak Elektrociepłownie dbają o środowisko?

Poznaliśmy już najnowsze wytyczne dotyczące emisji spalin. Jak radzi sobie ze spełnieniem norm elektrociepłownia Siekierki – największy tego typu obiekt w Polsce, a drugi w Europie? Z tego artykułu dowiesz się:

  • 🟥 Kto dostarcza energię i ciepło w Warszawie?
  • 🟥 Czy Elektrociepłownie mogą nam zaszkodzić?
  • 🟥 Kiedy zastąpimy węgiel odnawialnymi źródłami energii?
  • 🟥 Czym są elektrofiltry i jakie mają zastosowanie?
  • 🟥 Kiedy zastąpimy węgiel odnawialnymi źródłami energii

Kto dostarcza energię i ciepło w Warszawie?

Ciepło i energię elektryczną do mieszkańców stolicy obecnie dostarczają Elektrociepłownie i ciepłownie czerpiące energię głównie ze spalania węgla. Razem tworzą sieć, gdzie podstawową rolę spełniają Elektrociepłownia Siekierki i Elektrociepłownia Żerań, które przy największym zapotrzebowaniu na energię elektryczną i ciepło są wspierane przez Ciepłownię Kawęczyn i Ciepłownię Wola. Pod koniec 2022 roku ma się zakończyć modernizacja spalarni odpadów na warszawskim Targówku, która – według zapowiedzi – będzie w stanie przetworzyć 300 tys. ton odpadów rocznie, dzięki czemu każdego roku wytworzy 200 tys. MWh ciepła oraz 100 tys. MWh energii elektrycznej.

Warszawskie zakłady produkcji energii elektrycznej i ciepła jako źródło używają węgla kamiennego, oleju oraz biomasy. Elektrociepłownie Siekierki i Żerań pracują w kogeneracji – tj. jednocześnie wytwarzane jest ciepło i energia elektryczna. W porównaniu do niezależnego wytwarzania, główną zaletą jest bardziej wydajne wykorzystanie paliwa. Minimalizacja strat jest zawsze korzystna dla środowiska oraz przekłada się na korzyści ekonomiczne.

Rysunek 1. Widok z lotu ptaka na EC Siekierki [1]

Czy Elektrociepłownie mogą nam zaszkodzić?

Elektrociepłownia Siekierki jest największym producentem ciepła i energii elektrycznej w Polsce i drugim co do wielkości w Europie. Dysponuje mocą cieplną 2065 MWt oraz mocą elektryczną 620 MWe [1]. Oznacza to, że to duży obiekt energetycznego spalania (ang. LCP, Large Combustion Plants) musi stosować się do najwyższych, najbardziej restrykcyjnych przepisów. Większość energii cieplnej wytwarzanej przez Ec Siekierki pochodzi z węgla, część ze spalania biomasy i oleju. W związku z tym musi spełniać poniższe normy (wartości średniej rocznej w [mg/Nm3]) [2]:

Typ emisjiŹródłoŹródło
Węgiel
[mg/Nm3]
Biomasa
[mg/Nm3]
NOx85 – 150
(w kotle FBC)
65 – 150
(w kotle pyłowym)
40 – 150
CO30 – 100
(w kotle FBC)
5 – 100
(w kotle pyłowym)
< 30 – 80
SO285 – 150
(w kotle FBC)
65 – 150
(w kotle pyłowym)
< 10 – 50
Pyły2 – 82 – 10
Chlorowodór (HCl)1-5
Fluorowodór (HF)1-3
Rtęć (Hg)< 1 – 41 – 5

W Ec Siekierki spalanie biomasy pozwala na wytworzenie ok. 240 000 MWh, co przekłada się na ok. 7 proc. całkowitej produkcji energii elektrycznej w PGNiG TERMIKA SA.

Każdy z kotłów w Elektrociepłowni Siekierki jest wyposażony w elektrofiltry lub filtry workowe. Zostały tam zastosowane instalacje odazotowania spalin (SCR) oraz Mokra Instalacja Odsiarczania Spalin (MIOS). Zbudowano też akumulator ciepła, zawierający 30,4 tys. ton wody. Każdy z tych systemów skutecznie wpływa na obniżenie emisji spalin, a w konsekwencji na zmniejszenie poziomu zanieczyszczenia powietrza do poziomów wymaganych przez wspomnianą Dyrektywę Komisji Europejskiej z 2017 r.

Elektrofiltr – czym jest i jakie jest jego zastosowanie?

Znany też jako odpylacz elektrostatyczny albo filtr elektrostatyczny. Ma za zadanie wyłapywać popiół ze spalin. Cząstkom pyłu nadaje się ładunki elektrostatyczne, dzięki czemu są przyciągane przez przeciwnie naładowane elektrody w elektrofiltrze.

W ten sposób ogranicza się zawartość pyłów w spalinach do ok. 50% dopuszczalnego poziomu.

Do czego służy filtr workowy?

Także: filtr tkaninowy, materiał o drobnym splocie nawleczony na specjalną konstrukcję, wyłapujący pył ze spalin. Filtry workowe oraz elektrofiltry są cyklicznie czyszczone, a popiół transportowany do przeznaczonych do tego zbiorników (ZRP, zbiorniki retencyjne popiołu).

Rysunek 2. Widok na elektrofiltry i „czopuch” [3]

Co to jest MIOS i jaką rolę pełni wymiennik ciepła

MIOS to Mokra Instalacja Odsiarczania Spalin. Najważniejszym elementem instalacji jest absorber (wieża zraszająca), w którym oczyszczane są spaliny. Tam strumień gazów spalinowych mieszany jest z zawiesiną mączki kamienia wapiennego. Ta wiąże dwutlenek siarki w reakcjach chemicznych [4]:

W powyższym wzorze Ca(SO)4∙2H2O to dwuwodny siarczan (VI) wapnia, lepiej znany jako gips. Po odwodnieniu trafia do przeznaczonego do tego celu magazynu. Później jest wykorzystywany w budownictwie, m. in. do produkcji cementu. MIOS pozwala na redukcję emisji dwutlenku siarki o 90%.

Rysunek 3. Widok na komin nr 5 i MIOS [3]

MIOS wyposażony jest w podgrzewacz spalin usytuowany bezpośrednio przed kominem. Podgrzewacz jest zbudowany z siedmiu bliźniaczych modułów. Każdy z nich ma 3 sekcje: Pierwsza w ciągu przepływu spalin jest zbudowana z rurek teflonowych, dwie pozostałe – z rurek stalowych, zamocowane na konstrukcji o wysokości blisko 12 metrów. Zwiększenie temperatury spalin przed kominem poprawia unos spalin i redukuje zjawisko roszenia (zwilżania ścian).

Ciepło oddawane przez podgrzewacz do oczyszczonych spalin jest wcześniej odbierane ze spalin surowych za pomocą chłodnicy, usytuowanej przed absorberem. Chłodnica spalin surowych ma 6 modułów zbliżonych budową do pierwszej sekcji modułów podgrzewacza. Woda w instalacji pracuje w obiegu zamkniętym.

Rysunek 4. Chłodnica spalin surowych przed remontem [3]

 W 2021 roku Konrem SA w skomplikowanej operacji dokonał wymiany wszystkich sześciu modułów chłodnicy „nitki” 2. W 2022 roku planowana jest wymiana modułów chłodnicy nr 1.

Rysunek 5. Rozładunek modułu chłodnicy spalin surowych [3]

Pierwotnie instalacja odsiarczania spalin w EC Siekierki była przeznaczona dla ośmiu kotłów. W 2020 roku zrealizowano prace zaprojektowania, wykonania i montażu nowego kanału spalin w celu podłączenia do MIOSu kotłów K3 i K4. Spaliny ze wspomnianych kotłów dotychczas nie były oczyszczane ze związków siarki i azotu. Prace w formule „pod klucz” przeprowadził Konrem SA.

Akumulator ciepła – metoda działania i spełniane zadania

To zbiornik wody o pojemności ponad 30 000 m3 w Ec Siekierki. Przy większym zapotrzebowaniu na ciepło, tj. w godzinach porannych i wieczornych, z górnej części zbiornika spuszcza się gorącą wodę, uzupełniając sieć. Jednocześnie do jego dolnej części dodaje się chłodną wodę – poziom w zbiorniku pozostaje stały. Dzięki temu w cyklu dobowym nie ma potrzeby zwiększania produkcji poprzez uruchamianie rezerwowych kotłów, co przekłada się na oszczędność paliwa – a to na korzyści ekonomiczne i zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.

Selektywna Redukcja Katalityczna

Selektywna Redukcja Katalityczna(ang. Selective Catalytic Reduction) jest metodą redukcji tlenków azotu (NOx) w spalinach. W obecności katalizatora i w temperaturze ok. 350°C tlenki azotu ze spalin są wiązane z amoniakiem (NH3) w postaci jego roztworu w wodzie – wody amoniakalnej (NH3·H2O). Produktem reakcji jest nieszkodliwy wolny azot i para wodna. Podobna technologia jest stosowana w samochodowych silnikach Diesla, gdzie zamiast amoniaku używa się AdBlue – nietoksycznego, bezwonnego wodnego roztworu mocznika.

Kiedy zastąpimy węgiel odnawialnymi źródłami energii

Dyrektywa Komisji Europejskiej wymusza na dużych elektrociepłowniach spełnianie bardzo restrykcyjnych norm emisji. Służą do tego instalacje odsiarczania spalin, odazotowywania i odpylania spalin, a także inne sposoby redukcji zanieczyszczeń.

W porównaniu z odnawialnymi źródłami energii jak energia słoneczna czy wiatru, energia czerpana ze spalania paliw kopalnych generuje olbrzymie ilości szkodliwych substancji. Póki co jednak jest to jedyne źródło będące w stanie spełnić zapotrzebowanie na energię w skali naszego kraju. Wspomniane alternatywne źródła energii są w Polsce mało wydajne, a nieprzewidywalność pogody sprawia, że nie możemy oprzeć na nich swojego bezpieczeństwa energetycznego.

Rysunek 6. Mały plac węglowy w EC Siekierki oraz ładowarko-zwałowarka [3]

Ostatecznie Polska będzie musiała zrezygnować z węgla, ale to potrwa. Obecnie musimy wykorzystywać istniejące źródła ograniczając emisję, równocześnie kierując się w stronę czystszych źródeł. W planach jest doprowadzenie do Ec Siekierki linii gazu i budowa kotła gazowo-parowego. Nie zapominajmy, że budowa nowego źródła wymaga dużych nakładów, a skutkiem produkcji energii o niższej emisji pyłów i związków azotu i siarki mogą być niebezpieczne odpady. Ich utylizacja i dostosowanie infrastruktury do nowych źródeł musi być bezpieczne i mieć uzasadnienie ekonomiczne.

Regularnie wykonywane remonty obecnych instalacji, m. in. w elektrociepłowni Siekierki, pozwalają zminimalizować skutki produkcji energii z węgla. To najlepsze, co możemy zrobić w obecnej sytuacji, przy aktualnych warunkach i istniejącej infrastrukturze.

Źródła

[1]Materiały reklamowa PGNiG Termika SA.
[2]„Decyzja Wykonawcza Komisji (UE) 2017/1442 ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do dużych obiektów energetycznego spalania zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE,” 31 lipca 2017 r..
[3]Materiały własne Autora.
[4]A. Bartoszek i L. Obłąg, Instalacja Mokrego Odsiarczania Spalin w EC Siekierki.