EMISE A IMISE

Vyrobit potřebné množství elektrické energie bez klasických tepelných elektráren není zatím možné. Uhelné elektrárny však bohužel zatěžují životní prostředí zejména oxidem uhličitým, siřičitým, oxidy dusíku a oxidy některých aromatických uhlovodíků. Práškovým spalováním dochází k značnému úletu popílku do ovzduší. Všechny tyto látky, které jsou vypouštěné ze zdroje, nazýváme emisemi.

Imise jsou přízemní koncentrace těchže látek (přibližně do výše 1,8 m). Do prostředí se dostávají někdy i ze vzdálených zdrojů znečištění ovzduší. Pro hodnocení a zdraví lidí jsou rozhodující imise. Vysoké komíny elektráren sníží tedy imisi škodlivých látek ve svém okolí, ale celková emise škodlivin zůstává nezměněna. Pouze dojde k rozptýlení kouřových plynů s obsahem oxidů a popílku na větší území, často přesahující i hranice států. Na druhou stranu za špatné životní prostředí severních Čech nemohou jen škodliviny pocházející z velkých elektráren, ale spolu s nimi, a to více jak z poloviny, se na něm podílejí lokální topeniště, automobily, chemický průmysl atd. Proces spalování v elektrárnách je, na rozdíl od vytápění domácností, přesně regulován. Kromě toho existuje řada možností, jak negativní dopad uhelných elektráren na životní prostředí co nejvíce omezovat.

ODSTRANĚNÍ OXIDŮ SÍRY

Mezi nejškodlivější látky, které se mohou dostat spalinami do vzduchu, patří oxidy síry. Síra se v uhlí vyskytuje ve dvou formách: z menší části v anorganických sloučeninách (pyrity, sirníky), z větší části ve formě organických sloučenin. Právě organické látky obsahující síru se při spalování oxidují na oxid siřičitý SO2.

Elektrárna Tušimice I, II, na historickém snímku. Vedle chladicích věží je vidět odsiřovací zařízení sovětské výroby, které nikdy nebylo uvedeno do provozu a dnes již neexistuje.

Devadesát procent množství oxidu siřičitého je unášeno spolu se spalinami komínem do ovzduší, kde z něj působením vlhkosti a slunečního záření vzniká kyselina sírová, která v podobě tzv. kyselých dešťů překyseluje půdu, snižuje možnost přísunu živných látek do listů a jehliček stromů, a tak vede k odumírání lesů. Kyselé deště působí nepříznivě i na zdraví lidí, poškozují stavební konstrukce, zejména vápenec a mramor, v půdě rozpouštějí těžké kovy, které se pak s vodou dostanou do živých organismů, člověka nevyjímaje.
   Velmi důležitým krokem k ozdravení životního prostředí je odsíření uhelných elektráren. Chemicky lze odsířit jak palivo, tak kouřové plyny. Protože odsíření uhlí před spalováním by bylo ekonomicky příliš náročné, odsiřují se v praxi pouze kouřové plyny. Metody, které se k odsíření používají, se rozdělují do tří skupin: na suché, polosuché a mokré.

Při suché metodě se přidává mletý vápenec do ohniště, kde se teploty plynů pohybují kolem 900 - 1 200 °C. Vápenec CaCO3 se tepelně rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Část oxidu siřičitého ve spalinách reaguje s oxidem vápenatým na siřičitan vápenatý CaSO3. Kouřové plyny se tak zbaví 30 - 40 % síry. Proto se tato metoda rozšiřuje o další technologie, které umožňují např. vstřikováním vody reakci oxidu vápenatého na hydroxid vápenatý, který reaguje se zbytkem oxidu siřičitého ve spalinách na siřičitan vápenatý. Ten se dále oxiduje na síran vápenatý, čímž může účinnost stoupnout až na 70 %.

Odsiřovací zařízení elektrárny v Ledvicích.

Mokrá vápencová metoda spočívá ve vypírání kouřových plynů absorpční suspenzí, která obsahuje vodu, práškový vápenec CaCO3, rozpuštěné siřičitanové ionty SO32- a hydrogensiřičitanové HSO3- a oxid uhličitý. Oxidací vzniká tzv. energosádrovec CaSO4.2H20, který lze dále využít, např. ve stavebnictví. Touto metodou bude odsířena většina velkých elektrárenských bloků u nás.

Při polosuché metodě se rozprašuje vodní suspenze páleného vápna nebo vápenného hydrátu do kouřových plynů. Reakcí s kyselými složkami spalin vzniká siřičitan vápenatý a síran vápenatý.

ODSTRANĚNÍ OXIDŮ DUSÍKU

Mezi látky rovněž ohrožující zdraví lidí patří oxidy dusíku unikající z elektrárenských komínů. Při spalování uhlí (ale i mazutu) za vysokých teplot vznikají oxidací paliva se spalovacím vzduchem oxidy dusíku. V kotlích elektráren vzniká především oxid dusnatý, měnící se na dioxid dusíku NO2. Vedle něj se vyskytuje oxid dusitý a dusičnany. Ustálil se zvyk označovat souhrnně všechny oxidy dusíku jako NOx.
   Oxidy dusíku zvyšují škodlivé účinky oxidu siřičitého a stejně jako on napadají sliznice dýchacích orgánů a devastují lesy. Podle lékařů a hygieniků jsou oxidy dusíku asi 6 až 10x nebezpečnější než oxid siřičitý.
   Emise oxidů dusíku lze snížit již optimalizací spalování a snížením spalovacích teplot. Velmi efektivním zařízením je fluidní ohniště, neboť spalování ve fluidní vrstvě probíhá při teplotách v rozmezí 800 - 900 °C, při kterých se tvoří podstatně méně oxidů dusíku než při běžném spalování. Fluidní kotle tedy odstraňují oxidy síry i oxidy dusíku zároveň.
   Další cestou vedoucí ke snížení koncentrací NOx je vložení katalyzátoru do kouřových plynů. Jejich pomocí probíhá katalytická redukce, při které vzniká čistý dusík a vodní pára. Zařízení pro katalytickou redukci se říká Denox filtry.

OXID UHLIČITÝ

Při spalování vzniká kromě oxidu siřičitého a oxidů dusíku i oxid uhličitý. Přestože je tento plyn nejedovatý, je nebezpečný tím, že se podílí na tzv. skleníkovém efektu. Zvyšování jeho množství v atmosféře by mohlo způsobit celkové oteplování a tím rozpouštění polárních ledovců, stoupnutí hladiny oceánů a další jen těžko předvídatelné klimatické změny a přírodní pohromy. V současnosti ale neexistuje žádná metoda, která by v praxi dokázala odstranit CO2 ze spalin.

OXID UHELNATÝ

Na rozdíl od oxidu uhličitého únik jedovatého oxidu uhelnatého lze optimálním spalováním podstatně snížit.

Odlučovač popílku (elektrárna Ledvice).

POPEL

Vedle plynů vzniká při spalování uhlí popel. Popel je směs různě velkých částic. Více než tři čtvrtiny z celkového množství popela se vyskytují ve formě prachu se zrnitostí od tisícin milimetru do jednoho milimetru. Tato část je zachycována v elektrostatických odlučovačích, v nichž se dnes zachycuje více než 99,5 % veškerého popílku. Tahu spalin se staví do cesty soustava drátěných vysokonapěťových elektrod, které přitahují částice popílku s opačnými elektrickými náboji.
   Hrubý popel a struska se zrny o velikosti do pěti centimetrů tvoří přibližně jednu čtvrtinu odpadu. Tato část se zachycuje ve spodní partii ohniště pod spalovací komorou.
   Z některých druhů popelovin se dají vyrábět stavební hmoty.

Elektroodlučovač.

Kotle budoucnosti

Pravděpodobně nejvýhodnější způsob využití energetického uhlí představuje kombinace tlakového zplyňování uhlí a tzv. paroplynového cyklu. Tento způsob výrazně zvyšuje účinnost výroby elektrické energie a odborníci očekávají jeho bouřlivý rozvoj zejména v těch zemích, které jsou odkázány převážně na uhelné zdroje energie.
   Rozemleté uhlí (vysoká sirnatost není problém) se v generátoru (zplynovači) za vysoké teploty a tlaku nejprve zplynuje. Veškeré pevné částice, které jinak unikají do vzduchu, se mění ve strusku vhodnou pro stavebnictví. Surový plyn je ochlazen, zbaven síry (tu lze výhodně prodat) a dalších nečistot.
   Energetický plyn se vede dále do plynové turbíny, v jejíž komoře se spaluje. Vzniká elektrická energie a navíc plyn opouštějící turbínu je natolik horký, že v kotli ohřeje vodu na páru. V parní turbíně se pak vyrobí další elektřina.