MOŻLIWOŚCI OGRANICZENIA EMISJI CO 2 Z ZASTOSOWANIEM SPALANIA TLENOWEGO

1. MOŻLIWOŚCI OGRANICZENIA EMISJI CO2 Z ZASTOSOWANIEM SPALANIA TLENOWEGO Marta Kowalik, Marian Kieloch, Edyta Krawczyk CZYSTE TECHNOLOGIE WĘGLOWE TECHNOLOGIE PRODUKCJI WĘGLA W ZAKŁADACH GÓRNICZYCH TECHNOLOGIE PRZETWARZANIA WĘGLA W ENERGIĘ LUB PALIWA PŁYNNE TECHNOLOGIE REDUKCJI EMISJI PRODUKCJA WĘGLI EKOLOGICZNYCH DLA ODBIORCÓW INDYWIDUALNYCH SPALANIE W WARSTWIE FLUIDALNEJ ODPYLANIE SPALANIE W WARUNKACH NADKRYTYCZNYCH REDUKCJA EMISJI NOx WZBOGACANIE WĘGLA DLA ENERGETYKI ODSIARCZANIE UPŁYNNIANIE REDUKCJA EMISJI CO2 SPALANIE W TLENIE ZGAZOWANIE POWIETRZE H2O TLENOWNIA N2 RECYRKULACJA SPALIN O2 WĘGIEL KONDENSATOR KOCIOŁ OCZYSZCZANIE SPALIN TURBINA PAROWA GENERATOR CO2 Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej Katedra Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska Pomimo znaczących postępów w dziedzinie ochrony środowiska poziom zanieczyszczenia atmosfery w Polsce jest nadal wysoki. Przyczynia się do tego przede wszystkim spalanie paliw kopalnych, które jest obecnie dominującym sposobem pozyskiwania energii. W wyniku procesu spalania emitowana jest do atmosfery bardzo duża ilość zanieczyszczeń, które silnie oddziaływują na środowisko naturalne. Zanieczyszczenia te stały się głównymi przyczynami globalnych zagrożeń środowiska. SPALANIE PALIW KOPALNYCH A EMISJA CO2 Polska należy do stosunkowo nielicznej grupy krajów, gdzie węgiel kamienny oraz brunatny stanowią podstawowe źródło wytwarzania energii. Struktura zużycia paliw w Polsce przedstawia się następująco: Popularność energii, opartej na spalaniu węgla, wynika z faktu zasobności naszego kraju w to paliwo oraz braku znaczących ilości innych nośników energii pierwotnej. W związku z tym, energetyczne spalanie węgla ma w Polsce największy udział w wytwarzaniu zanieczyszczeń takich jak: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz popioły lotne. SPALANIE TLENOWE Obecnie, biorąc pod uwagę aspekty chemiczne i techniczne, spalanie tlenowe (oxyspalanie) wydaje się być najbardziej obiecującą technologią redukcji emisji dwutlenku węgla. Spalanie tlenowe węgla polega na podawaniu do komory paleniskowej zamiast powietrza mieszaniny czystego tlenu, a także spalin z recyrkulacji. W wyniku spalania generowany jest gaz składający się z CO2 i H2O, co ułatwia jego wychwytywanie, i dalsze zagospodarowanie. Recyrkulacja zapewnia odpowiednią temperaturę płomienia i poprawę wymiany ciepła w kotle. W całkowitej masie emisji zanieczyszczeń powstałych w wyniku spalania węgla kamiennego największy udział stanowi dwutlenek węgla (98%). Około 46% całkowitej emisji CO2 w Polsce pochodzi z sektora energetycznego. Spalanie 1 tony węgla kamiennego powoduje emisję dwutlenku węgla w wysokości 2,61 tony. Schemat blokowy spalania tlenowego z recyrkulacją spalin Biorąc pod uwagę obliczenia spalania poszczególnych paliw można stwierdzić, że największa jednostkowa emisja CO2 pochodzi ze spalania węgla kamiennego W wyniku spalania w powietrzu wzbogaconym w tlen i spalania tlenowego uzyskuje się wysokie stężenie dwutlenku węgla, które sprzyja działaniom dążącym do osiągnięcia „zerowej emisji CO2” w drodze sekwestracji tego zanieczyszczenia. WYMAGANIA PRAWNE DOTYCZĄCE EMISJI CO2 Wobec priorytetów ekologicznych Unii Europejskiej, ustalonych podczas „szczytu energetycznego” w marcu 2007, należy zredukować emisję dwutlenku węgla do atmosfery do roku 2020 o 20%. W związku z tym, iż emisja szkodliwych związków do atmosfery silnie oddziaływuje na środowisko naturalne, Komisja Europejska wydaje stosowny dokument, który ustala ich limity. Zaakceptowaną przez Brukselę wielkość emisji CO2 przedstawia się następująco: Oxyspalanie, w odróżnieniu od spalania w powietrzu, pozwala znacznie ograniczyć także emisję NOx. Redukcja emisji tych zanieczyszczeń jest spowodowana recyrkulacją CO2 w pierwotnej strefie spalania. • ZALETY SPALANIA TLENOWEGO • wzrost sprawności kotła w wyniku obniżenia strat niecałkowitego i niezupełnego spalania w wyniku podwyższonego stężenia tlenu w obrębie komory paleniskowej, • zmniejszenie gabarytów kotła wykorzystującego wzrost temperatury spalania, • wyższą sprawność termodynamiczną kotła poprzez ograniczenie straty kominowej w wyniku zredukowania strumienia gazu doprowadzonego do komory paleniskowej, • szeroki zakres spalania paliw, • obniżenie kosztów inwestycyjno- eksploatacyjnych dla instalacji oczyszczania gazów. • Podstawową wadą oxyspalania jest wysoki koszt uzyskania tlenu. Znane dotąd metody jego wytwarzania są mało wydajne, a co za tym idzie cena jednostkowa czystego tlenu jest wysoka • WADY • Podstawową wadą oxyspalania jest wysoki koszt uzyskania tlenu. Znane dotąd metody jego wytwarzania są mało wydajne, a co za tym idzie cena jednostkowa czystego tlenu jest wysoka. MOŻLIWOŚCI OGRANICZENIA EMISJI CO2 Negatywne skutki ekologiczne wywołane emisją CO2 stanowią zagrożenie zarówno dla naszej planety jak i dla samego człowieka. Kluczem do rozwiązania tych problemów jest ograniczenie emisji tego związku. Wywiązanie się z założeń dotyczących ograniczenia emisji CO2 to ogromne wyzwanie dla Polski, dlatego też jesteśmy zmuszeni do poszukiwania nowych sposobów pozyskiwania energii, bądź udoskonalenia istniejących. WNIOSKI Energetyczne spalanie węgla ma w Polsce największy udział w wytwarzaniu zanieczyszczeń, wśród których pierwsze miejsce zajmuje dwutlenek węgla. W świetle uwarunkowań prawnych zapobieganie emisji CO2 stanowi podstawową zasadę ochrony środowiska w Polsce. Spalanie tlenowe znacznie ogranicza emisję CO2 i NOx. Pomimo tego, że spalanie tlenowe jest wciąż na etapie prób, badań eksperymentalnych i numerycznych daje ogromną nadzieję na zastosowanie tego procesu nadużą skalę w przyszłości. CZYSTE TECHNOLOGIE WĘGLOWE SPOSOBEM NA REDUKCJĘ CO2 Aby spalanie tlenowe stało się konkurencyjne koszty wytwarzania czystego tlenu muszą być niższe. Kluczowym elementem, niezbędnym dla rozwoju technologii CCS w Polsce jest jej akceptacja. Największych wyzwaniem dla polskiej energetyki stają się technologie czystego węgla. Dają one szansę na ograniczenie negatywnego oddziaływania użytkowania węgla na środowisko oraz poprawę bezpieczeństwa energetycznego kraju.