Использование угля и окружающая среда

Автор: Уоррик К.
Автор перевода: Филиппова Я. В.
Источник: World Coal Association, 2012. Источник оригинальной статьи

Развертывание всех генерирующих энергетических технологий неизбежно ведет к той или иной степени воздействия на окружающую среду. Характер воздействия зависит от конкретной используемой технологии производства и может включать:

Сжигание угля для производства электроэнергии не является исключением из этих воздействий и связано с рядом экологических проблем, в первую очередь, связано с выбросами в атмосферу.

Жизнеспособные, высокоэффективные технологии были разработаны для решения экологических проблем, в том числе для снижения выбросов загрязняющих веществ, таких как оксиды серы (SO) и азота (NOx), а также твердых частиц и микроэлементов, таких как ртуть. В последнее время основное внимание уделяется разработке и внедрению технологий для решения выбросов парниковых газов, связанных с сжиганием угля, включая двуокись углерода (CO₂) и метан (CH₄).

Современные технологии разработаны для улучшения экологических характеристик угольных электростанций по целому ряду загрязняющих веществ. Выбор технологии для электростанции будет зависеть от конкретных характеристик, таких как местоположение електростанции, возраст и источник топлива. Экологические технологии со временем изменяются, но некоторые из них широко распространены и доступны, а другие – новые технологии все еще находятся на демонстрационном этапе.

Основная стратегия в уменьшении воздействия на окружающую среду сжигания угля является повышение энергоэффективности электростанций. Повышение эффективности технологии сжигания является активной областью исследований и важным компонентом стратегии по ликвидации последствий изменения климата.

Уголь бывает различного качества и часто включает в себя минеральные и химические компоненты, включая глину, песок, серу и микроэлементы. Промывка и обогащение угля снижают вместимость этих компонентов и готовят уголь для заказчика, что является важным шагом в сокращении выбросов в результате использования угля.

После обогащения снижается зольность угля более чем на 50 %, что приводит к уменьшению отходов, снижаются выбросы диоксида серы (SO₂) и улучшается тепловая эффективность – сокращение выбросов CO₂. Обогащение угля является стандартной процедурой во многих странах, но больше распространяется в развивающихся странах как недорогой способ улучшить экологические характеристики угля.

Выбросы твердых частиц – это выбросы тонко измельченных твердых и жидких (кроме воды) веществ, которые выносятся из электростанций. Частицы могут попадать в дыхательную систему человека, также снижается видимость из-за пыли. Ряд технологий, которые были разработаны для контроля выбросов твердых частиц и широко используются в развитых и развивающихся странах:

Они являются наиболее широко используемой технологией улавливания и использования электрического поля для создания заряда частиц в дымовых газах с целью сбора их на пластине.

Сбор твердых частиц из дымовых газов производится при прохождении их через плотную ткань мешка.

И электрофильтры, и тканевые фильтры весьма эффективны, удаляя более 99,5 % выбросов твердых частиц.

Они используются для захвата твердых частиц и SO₂ каплями воды в дымовых газах, чтобы сформировать мокрый побочный продукт. Добавление извести в воде способствует увеличению удаления SO₂.

Системы работают при более высоких температурах (260 – 900° С) и давлении (1 – 3 МПа), чем обычные технологии удаления твердых частиц, что исключает необходимость охлаждения газа и делает его пригодным для современных парогазовых электростанций, например, для комплексной газификации комбинированного цикла.

Разнообразные горячие системы фильтрации газа уже нескольких лет на стадии разработки, так как существует необходимость дальнейших исследований для их широкого выведения на рынок.

В конце 20-го века, рост глобальной озабоченности по поводу воздействия кислотных дождей привел к разработке и использованию технологий по сокращению выбросов СО₂ и оксидов азота. Формирование SO2 происходит при сжигании углей, содержащих серу, и может привести к кислотным дождям и аэрозолям (тончайшие воздушно-капельные частицы). Ряд технологий, известных под общим названием десульфуризация дымовых газов (ДДГ), были разработаны с целью сокращения выбросов SO₂. Они обычно используют химический сорбент, как правило, извести или известняка, для удаления SO₂ из отходящих газов. ДДГ технологии были установлены во многих странах и привели к огромному сокращению выбросов.

Сжигание угля в присутствии азота, который поступает из топлива или воздуха, приводит к образованию оксидов азота. Выпуск NOx в атмосферу может привести к смогу в приземном слое атмосферы, кислотным дождям и выбросам парниковых газов. Технологии по сокращению выбросов NOx называют первичным снижением и методом контроля или очистки дымовых газов.

Первичные меры включают в себя использование горелок с низким уровнем выбросов NOx или горелкой для минимизации образования оксидов азота в процессе горения. Эти первичные меры контроля обычно включены в меры очистки дымовых газов на недавно построенных электростанциях, а также могут быть установлены, когда сокращение выбросов NOx не требуется. Существует также селективное каталитическое восстановление и селективное некаталитическое восстановление азота как способы «лечения» выбросов NOx в дымовых газах. Технология селективного каталитического восстановления была использована в коммерческих целях почти 30 лет и в настоящее время широко внедрена по всему миру, снижая 80 – 90 % выбросов NOx на данном заводе.

Исследования по разработке комбинированных технологий удаления SO₂/NOx

Такие технологии являются технически сложными и дорогими, но новые достижения в этой области помогут преодолеть эти проблемы.

Уголь является химически сложным веществом, содержащим много микроэлементов, в том числе ртуть, селен и мышьяк. Сжигание угля может привести к выходу таких микроэлементов из электростанций, потенциально негативно воздействующих на здоровье человека и окружающую среду.

Ряд технологий, которые используются для ограничения выхода микроэлементов, включают обогащение угля, контроль частиц в псевдоожиженном слое с помощью приборов, впрыск активированного угля и другие. Выбор технологии зависит от присутствующих микроэлементов и показателей стандарта качества воздуха.

В настоящее время проводятся исследования по разработке более эффективных сорбентов и реагентов, которые позволят повысить производительность в отношении удаления микроэлементов.

При сжигании угля образуются отходы, состоящие в основном из негорючих минеральных веществ наряду с небольшим количеством непрореагировавшего углерода. Производство этих отходов можно минимизировать путем очистки угля до сжигания. Это экономичный способ обеспечения высокого качества угля, а также уменьшение мощности образования отходов и увеличение эффективности использования угля.

Существует возможность переработки отходов электростанции в ценные материалы для использования, в первую очередь, в сфере строительства и строительной отрасли. Был разработан широкий спектр применения угольных отходов, включая использование шлака для дорожного покрытия, добавление золы в цемент и другое.