Назад в библиотеку

Использование угля и окружающая среда

Перевод: Нечипир Е.И.
Источник: «World Coal Association»

Рост всех энергетических технологий производства неизменно приводит к определенной степени воздействия на окружающую среду.

Характер воздействия зависит от конкретной используемой технологии производства и может включать:

Использование угля для производства электроэнергии не является исключением из этих воздействий и связано с рядом экологических проблем, в первую очередь с выбросами в атмосферу. Уголь продемонстрировал способность выполнять такие задачи в прошлом, и ожидается, что он будет успешно решать будущие экологические проблемы.

Для решения экологических проблем, в том числе выбросы загрязняющих веществ (оксиды серы (SOx) и азота (NOx)), твердых частиц и микроэлементов (ртуть), были разработаны высокоэффективные технологии. В последнее время основное внимание уделяется разработке и внедрению технологий по борьбе с выбросами парниковых газов, связанных с использованием угля, включая двуокись углерода (CO2) и метан (CH4).

Снижение загрязнения

В настоящее время доступны технологии улучшения экологических характеристик угольных электростанций по ряду загрязняющих веществ. В большинстве случаев целый ряд технологий доступны для смягчения любого воздействия на окружающую среду. Выбор применяемой технологии для каждой электростанции будет меняться в зависимости от ее конкретных характеристик, таких как местоположение, возраст и источник топлива. Срок природоохранных технологий значительно варьируется, причем некоторые из них широко распространены и доступны.

Ключевой стратегией в снижении негативного воздействия на окружающую среду угля является повышение энергоэффективности электростанций. Эффективные электростанции сжигают меньше угля на единицу произведенной энергии и, следовательно, имеют более низкие связанные с этим экологические последствия. Улучшения эффективности, особенно связанные с технологиями сжигания, являются активной областью исследования и важным компонентом стратегии уменьшения изменения климата.

Промывка угля

Добытый уголь имеет разное качество и часто сопровождается минеральными и химическими материалами, включая глину, песок, серу и микроэлементы. Промывка угля и обогащение удаляют этот связанный материал, подготавливают уголь заказчикам и представляет собой важный шаг в области сокращения выбросов в результате использования угля.

Угольная очистка снижает зольность угля более чем на 50%, приводит к уменьшению отходов, снижению диоксида серы (SO2) и улучшенной тепловой способности, что способствует снижению выбросов CO2. Обогащение угля является стандартной практикой во многих странах. В развивающихся странах обогащение выступает в качестве недорого способа улучшения экологической ситуации.

Твердые частицы

Выбросы твердых частиц являются тонко измельченными твердыми и жидкими (кроме воды) веществами, которые выбрасываются электростанциями. Твердые частицы могут негативно воздействовать на дыхательную систему людей. В настоящее время существует множество технологий, которые были разработаны для контроля выбросов твердых частиц, и широко используется в развитых и развивающихся странах:

Электростатические осадители (ESP) являются наиболее широко используемой технологией улавливания и использования электрического поля для создания заряда частиц в дымовых газах с целью привлечения их к сбору пластины.

Тканевые фильтры улавливают твердые частицы из дымовых газов при их прохождении через плотную ткань. И ESP и тканевые фильтры весьма эффективно удаляют (более 99,5%) выбросы твердых частиц.

Мокрые скрубберы используются для захвата и твердых частиц и SO2, путем введения капель воды в отходящие газы, чтобы сформировать мокрый побочный продукт. Добавление извести к воде способствует увеличению удаления SO2 (рис. 1).

Система десульфуризации дымовых газов:

Рисунок 1 – Система десульфуризации дымовых газов:
1 – выброс; 2 – сероочищенные дымовые газы; 3 – воздухонагреватель; 4 – вытяжной вентилятор; 5 – электрофильтр; 6 – парогенератор; 7 – паровая турбина; 8 – электричество; 9 – генератор; 10 – угольная пыль; 11 – конденсатор; 12 – зола; 13 – вентилятор принудительной тяги; 14 – воздух; 15 – гипс; 16 – известняк и вода.

Горячие газовые системы фильтрации работают при более высоких температурах (260-9000С) и давлении (1-3 МПа) по сравнению с обычными технологиями удаления твердых частиц. Это исключает необходимость охлаждения газа, что делает их доступными для современных парогазовых электростанций, таких как комбинированного цикла комплексной газификации (IGCC). Выбор горячих технологий фильтрации газа в стадии разработки уже в течение нескольких лет, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы позволить их более широкое использование.

Кислотные дожди

В конце XX века, возросло беспокойство по поводу воздействия кислотных дождей. Это способствовало разработке и использованию технологий, сокращающих выбросы SO2 и оксидов азота. Образование SO2 происходит при сжигании углей, содержащих серу, и может привести к возникновению кислотных дождей и кислых аэрозолей (тончайших переносимых по воздуху частиц). Ряд технологий, известных под общим названием десульфуризация дымовых газов (ДДГ), были разработаны с целью сокращения объемов выбросов SO2. Они обычно используют химический сорбент, как правило, известь или известняк, для удаления SO2 из отходящих газов. ДДГ технологии уже используются во многих странах и способствуют сокращению выбросов.

При сжигании угля в присутствии азота, в топливе или воздухе, приводит к образованию оксидов азота. Выпуск NOx в атмосферу способствует образованию смога, кислотных дождей и выбросу парниковых газов. Технологии по сокращению выбросов NOx называются первичным снижением и методы контроля или очистки дымовых газов.

Первичные меры включают в себя использование горелок с низким уровнем выбросов NOx и специальные методы для минимизации образования оксидов азота в процессе горения. Эти первичные меры контроля, как правило, используются на вновь построенных электростанциях, а также могут быть установлены, когда сокращения выбросов NOx не требуется. Альтернативой технологиям селективного каталитического восстановления (СКВ) и селективного некаталитического восстановления (СНКВ) уменьшения NOx является технология постсгорание NOx в дымовых газах. СКВ технология была использована в коммерческих целях почти 30 лет и в настоящее время широко применяется по всему миру, на 80-90% снижая выбросы NOx от электростанций.

В настоящее время продолжаются исследования по разработке комбинированных технологий удаления SO2/NOx. Такие технологии являются технически сложными и дорогостоящими, но новые достижения обещают преодолеть эти проблемы.

Микроэлементы

Уголь – химически сложное вещество, естественно содержащее много микроэлементов включая ртуть, селен и мышьяк. Сжигание угля может привести к выбросам микроэлементов электростанциями потенциально вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Существует множество технологий способствующих снижению выбросов микроэлементов в окружающую среду: промывка угля и его обогащение, впрыскивание активного угля (сорбента), применение разнообразных фильтров и ДДГ. Выбор технологии снижения выбросов зависит от присутствующих в топливе микроэлементов и показателей качества воздуха. В настоящее время проводятся исследования по разработке более эффективных сорбентов и реагентов, которые позволят повысить производительность ДДГ в отношении удаления микроэлементов.

Отходы

При сжигании угля образуются отходы, состоящие в основном из негорючих минеральных веществ, а также с небольшим количеством не прореагировавшего углерода. Образование этих отходов можно свести к минимуму путем очистки угля до его сжигания. Это представляет собой рентабельный метод обеспечения высококачественного угля, помогая уменьшить отходы электростанции и увеличивая ее полезные действия. Образование отходов может быть минимизировано с помощью использования технологий эффективного сжигания угля обладающего высокой теплотворной способностью.

Существует высокая сознательность о возможности переработки отходов электростанции в ценные материалы для использования, в первую очередь, в сфере строительства. Для угольных отходов разработаны самые разнообразные варианты их применения, включая использование золы для дорожного покрытия, добавления золы в цемент, ее использование в качестве удобрений в сельском хозяйстве и т.д.