Proces odsírenia používa na absorbovanie oxidu siričitého (SO2) vápencovú suspenziu. Horúci dymový plyn vstupuje, po zbavení sa tuhých znečisťujúcich látok v elektrostatických odlučovačoch, do sprchovej veže kde SO2 v styku so zriedenou suspenziou reaguje s uhličitanom vápenatým. Vzniknutá sádrovcová suspenzia sa dopraví do budovy zariadenia na výrobu stabilizátu a zmieša sa s popolmi z kotlov K1 - K6. Vzniknutá zmes sa dopraví na zložisko stabilizátu. Množstvo vypúšťaných emisií SO2 sa po inštalácii zariadení znížilo na jednu dvanástinu. V prípade blokov č.5 a 6 EVO I bola zvolená technológia spaľovania vo fluidnej cirkulujúcej vrstve, ktorá umožní minimalizovanie nárokov na obsluhu a údržbu, lepšie zhodnotenie palív vo výrobnom procese a podstatne zníži nepriznivé účinky prevádzky na okolie. Dominantným hľadiskom pri výbere typu kotla sa stala záruka na dodržanie emisných limitov stanovených zákonmi SR. V súvislosti so zmenou technológie je možné spaľovať uhlie s väčším rozpätím akostných znakov ako doposiaľ. Výrobný proces elektrickej energie pozostáva z klasického cyklu s parným fluidným kotlom ako zdrojom vysokotlakovej pary, kondenzačnej turbíny a generátora. Spaľovanie paliva prebieha v kotli pri teplote približne 900 °C. Nízka spaľovacia teplota podstatne znižuje tvorbu emisií dusíka a vytvára vhodné prostredie pre odsírovací proces. Do spaľovacej komory je pneumaticky pridávaný vápenec, ktorý viaže síru z paliva, a tým znižuje emisie SO2 pod zákonom stanovené limity. [6]

Kotly s cirkulujúcou fluidnou vrstvou (CFV)

Proces spaľovania v cirkulujúcej fluidnej vrstve prebieha v prúde spalín, popola, paliva a aditíva v spaľovacej komore. V dôsledku intenzívneho miešania všetkých uvedených zložiek a optimálnej teplote dochádza k vysokému stupňu zachytenia vznikajúceho SO2 aditívom. Zároveň je oproti klasickým kotlom vďaka nízkej teplote spaľovania znížená tvorba NOx. Na odprášenie spalín slúži tkaninový filter alebo elektrofilter. 

Kotly s CFV sú vhodné pre spaľovanie širokého rozsahu palív od dreva, lignitu cez čierne uhlie až po antracitové uhlie. Dodržanie emisných limitov týmito zariadeniami je riešené vo vnútri zariadenia bez ďalších externých systémov na čistenie spalín. V CFV dochádza k intenzívnemu miešaniu obehového materiálu a aj vďaka pomerne nízkej teplote (850-870°C) je táto technológia vhodná aj na spaľovanie doplnkových palív ako sú drevné štiepky, kôra, triedený komunálny odpad, odpadné oleje, bioplyn, atď. Tkéto doplnkové spaľovanie spolu s hlavným palivom (uhlím) je realizovateľné aj pri kotloch uvedených do prevádzky v minulosti. Veľká pozornosť však musí byť venovaná otázke dopravy doplnkového paliva do kotla. Elektrárenský blok s fluidným kotlom predstavuje moderný zdroj výroby tepelnej a elektrickej energie, založený na ekologickom spaľovaní širokého rozsahu uhlia systémom fluidnej technológie. [7]

Metódy odsírenia

Existuje niekoľko spôsobov ako zabrániť úniku SO2 do ovzdušia. Nižšie sú vymenované bežné metódy:

• Spaľovanie spalín s nízkym obsahom síry
• Odsírenie uhlia
• Odsírenie spalín

Odsírenie uhlia

Je problematické, no existujú na to metódy mechanické, chemické a biologické. Síra sa v uhlí nachádza v 3 formách - pyritická, síranová, organická. Mechanický postup spočíva v separácii pyritickej síry. Chemickým postupom sa uhlie najprv prevedie do kvapalnej alebo plynnej fázy a následne sa zníži obsah síry. Pri biologickom postupe sa uhlie luhuje vo vode, čím dochádza k vyluhovaniu síranovej síry. Obsah pyritickej síry sa môže znížiť pomocou baktérií. Nevýhodou metód odsírovania uhlia samotného je nízka účinnosť, problematickosť, vysoká cena, čoho dôsledkom je ich nevyužívanie. 

Odsírenie spalín

Túto metódu môžeme rozdeliť z rôznych pohladov. Delenie podľa hľadiska regenerácie činidla na metódy:

• regeneratívne
• neregeneratívne

Delenie z hľadiska fázy:

• suché
• polosuché
• mokré

Delenie podľa miesta procesu odsírenia:

• priamo v kotli
• za kotlom

V slovenských tepelných elektrárňach je použitá metóda mokrej vápencovej výpierky, ktorú si aj bližšie rozoberieme. [8]

Mokrá vápencová výpierka

V súčasnosti je to najrozšírenejšia metóda odsírenia pri veľkých zdrojoch (využíva sa v Európe, USA, Japonsku). Rozdeľujeme ju podľa produktov:

• získavanie využiteľného energosadrovca
• získavanie nevyužiteľného kalu

Reakčným činidlom pri tejto metóde je vodná suspenzia jemne mletého vápenca, na ktorý sa zachycuje oxid siričitý (SO2). Produktom odsírenia je hydrát síranu vápenatého (CaCO₄ x 2 H₂O).

Ide teda už o vyššie spomínaný energosadrovec. Účinnosť zachytenia SO2 touto metódou je veľmi vysoká - dosahuje až 96% pri uvažovaní vysokého využitia reakčného činidla. Získaný energosadrovec vie v stavebníctve plne nahradiť prírodný sadrovec. Obrázok dole zobrazuje schému mokrej vápencovej výpierky.

Princípom odsírenia je vypieranie plynného oxidu siričitého (SO2), obsiahnutého v spalinách vodnou vápencovou suspenziou (CaCO3+H2O) za vzniku roztoku hydrogensiričitanu vápenatého Ca(HSO3)2. Tento proces môžeme súhrnne vyjadriť nasledujúcou chemickou rovnicou:

2SO₂ + CaCO₃ + H₂O = Ca(HSO₃)₂ + CO₂

Hydrogensiričitan vápenatý Ca(HSO3)2 je pomerne dobre rozpustná soľ, ktorú je možné ľahko oxidovať už v odsírovacom reaktore, a tak získať dihydrát síranu vapenatého, energosadrovec. Proces oxidácie vyjadrujú dve nasledovné rovnice:

Ca(HSO₃)₂ + 0,5O₂ +2 H₂OCaSO₄ x 2H₂O + H₂SO₃
Ca₂⁺ + HSO₃^- + OH^- + 0,5O₂ + H₂OCaSO₄ x 2H₂O

Čistota energosadrovca je vysoká, pretože ide o kryštalizáciu z roztoku. Aby popísaný princíp dobre fungoval a produktom odsírenia bol žiadaný energosadrovec, tak je nutné vo vodnej suspenzii odsírovacieho zariadenia udržovať "kyslé prostredie" s hodnotou pH pohybujúcou sa v rozmedzí 3,5 až 5. Toto prostredie je jednou z rozhodujúcich skutočností, majúcich za následok silné korózne napádanie oceľových častí odsírovacieho zariadenia a jeho znehodnocovanie. Ochrana zariadenia stojí značné úsilie a prostriedky. [9]

Technologický proces odsírenia

Spaliny odchádzajúce z kotla sú v elektrostatickom odlučovači zbavené takmer všetkých tuhých látok (popolček) a vstupujú do odsírovacieho zariadenia, tzv. absorbéru. Absorbér je vertikálna nádoba obdĺždnikového alebo častejšie kruhového prierezu. Priemer absorbéru, napr. pre blok 200 MW, je asi 15 m a výška 43 m. V jeho hornej časti sú vstavané 3 až 4 tzv. sprchové roviny, spodná časť (asi pätina výšky absorbéru) je tvorená záchytkou absorbčnej suspenzie a strednú časť nazývame absorbčnou zónou. Sprchová rovina je horizontálna sieť potrubí vybavená veľkým množstvom špeciálnych trisiek, ktorými sa po celej ploche absorbéru rozstrekuje absorbčné činidlo - vápencová suspenzia. Trysky sú konštruované tak, aby kvapôčky rozstrekovanej vápencovej suspenzie boli čo najmenšie a uľahčila sa tak reakcia s oxidom siričitým. Spaliny vstupujúce do absorbéru v spodnej časti absorbčnej zóny stúpajú do hornej časti absorbéru a sú počas prúdenia kropené vápencovou suspenziou striekovanou v hornej časti absorbéru. Padajúce kvapôčky vápencovej suspenzie prichádzajú do styku so spalinami a absorbujú oxid siričitý obsiahnutý v spalinách. V spodnej časti absorbéru, v záchytke sa zachytáva suspenzia siričitanu vápenatého, ktorá vznikla reakciou SO2 s vápencovou suspenziou. Do suspenzie zachytenej v záchytke sa vháňa oxidačný vzduch, dochádza teda k oxidácii siričitanu na síran vápenatý - sadrovec a potom ku kryštalizácii sadrovca. Záchytka absorbéru musí mať dostatočný objem, aby doba zadržania suspenzie v záchytke bola dostatočne dlhá a došlo ku kryštalizácii sadrovca. [9]

Základné typy absorbérov:

• protiprúdový
• súbežný s prúdom
• kombinácia súbežného a protiprúdového
• tryskovo bublinkový
• protiprúdový s 2 okruhmi [8]

Spaliny vstupujúce do absorbéru s teplotou 140 až 160 °C sú v ňom ochladené sprchovaním vápencovou suspenziou a vystupujú z nej s teplotou asi 59 °C. V závislosti na miestnych podmienkach sú vyčistené spaliny po opustení absorbéru zavedené buď do chladiacich veží alebo do komínu a vypustene do atmosféry. Spaliny po priechode absorbérom sú nasýtené vodnou parou, ktorá vznikla odparením vody obsiahnutej vo vápencovej suspenzii, a obsahujú teda veľké množstvo kvapôčiek vápencovej a sadrovcovej suspenzie unášanej spalinami prúdiacimi absorbérom. Aby sa zabránilo unikaniu týchto kvapôčok z absorbéru a ich následnému rozptylu do atmosféry, tak sú v hornej časti absorbéru nad sprchovou zónou umiestnené odlučovačie kvapiek, ktoré ich zachycujú. Pre lepší rozptyl vyčistených spalín v ovzduší sú pred zavedením do komínu spravidla opäť ohrievané na teplotu približne 80 až 90 °C s využitím tepla odobraného spalinám pred vstupom do absorbéru. Pomerná komplikovanosť zariadenia pre ohrev spalín viedla k hľadaniu iného vhodného spôsobu vypúšťania vyčistených spalín do ovzdušia. Stalo sa ním zavedenie vyčistených spalín do chladiacich veží elektrární. [9]

Príprava vápencovej suspenzie

K príprave vápencovej suspenzie k vypieraniu spalín sa používa vápenec s obsahom uhličitanu vápenatého (CaCO₃) 90 až 95 %. Do elektrárne je dodávaný buď ako vápencový štrk (spravidla o veľkosti 22,5 až 120 mm) alebo ako jemne mletý, podobný múke. V podstate sa dá povedať, že čím jemnejší, tým lepší. Preto sa vápencový štrk musí upraviť na príslušnú jemnosť. Do elektrárne je štrk dopravovaný vo výsypných vagónoch. Z nich sa dopravuje pásovými dopravníkmi na skládku. Kapacita skládky býva 10 až 14 dní prevádzky odsírovacieho zariadenia. Zo skládky je vápenec odoberaný do zariadenia na jeho ďalšie spracovanie. Ďalší proces je rozdelený do 2 stupňov. Prvý stupeň je drtenie, druhý mletie. Pre drtenie vápenca sú používané kladivové mlyny, v ktorých je vápenec zmenšený na velkosť zrna do 3 mm. Bezprostredne za kladivovým mlynom nasleduje tzv. gulový mlyn, v ktorom sa za mokra (v spodnej suspenzii) zomelie drtený vápenec na požadovanú jemnosť. Pretože nie všetky vápencové zrná dosahujú po prechode mlynom potrebnú veľkosť je zomletý materiál triedený a zrná nadmernej veľkosti sa vrátia naspäť k domletiu. Názov gulový mlyn je odvodený od princípu, na ktorom mlyn pracuje. Mlyn je tvorený oceľovým valcom o priemere 2 až 4 m a dĺžke až 10 m, ktorý je naplnený oceľovými mlecími guľami spravidla 3 rôznych priemerov. Oceľový valec sa otáča okolo svojej osi a unáša so sebou mlecie gule, ktoré sa vo vnútri prevalujú, narážajú o steny a jedna o druhú. Takto drtia a melú vápenec. Súčasne sa do mlyna dodáva potrebné množstvo vody uľahčujúcej mletie a vytvárajúcej budúcu vápencovú suspenziu. Pri prechode vápenca mlynom a jeho poriadnom mletí je suspenzia pripravena k dalšiemu použitiu. Správne namletý vápenec obsahuje viac než 90 % častíc menčích než 0,09 mm. Takto upravený vápenec ja riedený vodou na koncentráciu 25 % vápenca v suspenzii a prečerpávaný do prevádzkových nádrží, z ktorých je priamo dávkovaný do absorbéru. [9]

Záver

V rámci tejto práce som poukázal na vplyv tepelených elektrární na životné prostredie všeobecne a hlbšie som sa zameral na naše slovenské tepelné elektrárne. Uhoľné elektrárne ako také majú veľmi veľký vplyv na životné prostredie s ich emisiami škodlivých látok, ktoré vznikajú pri spaľovaní a v podobe spalín by sa vypúšťali do ovzdušia. Ako bolo už v práci spomenuté, tak obe naše elektrárne prešli rekonštrukciou, kde sa implementovali zariadenia znižujúce emisie týchto látok na legislatívou prípustné limity. Je potrebné poznamenať, že nie každý kotol bol vymenený počas rekonštrukcie v oboch slovenských TE, čo zabraňuje ich prevádzke z legislatívneho hľadiska, a to vedie k nevyužitiu celkového inštalovaného výkonu. Čiastočné spoluspaľovanie drevnej štiepky taktiež znížilo obsah SO2 v spalinách. 

Zo strany Slovenských elektrární, a.s. bola vynaložená veľká investícia pre inštaláciu potrebných technológií odsírenia. Ako je v práci spomínané, tak sa využíva metóda mokrej vápencovej výpierky. Táto metóda prináša výsledky dlhodobo, čo je vidno aj v tabuľkách emisií z výročnej správy.

Inštaláciou fluidných kotlov sa dosahuje tzv. denitrifikácia spalín, a teda zníženie obsahu emisií NOx. Základnou nevýhodou je ako vždy vynaloženie investície, no z hľadiska trvalo udržateľného rozvoja to určite nie sú zbytočne vynaložené finančné prostriedky. Všetci dobre vieme, aké problémy má Čína, čo sa emisií týka. Bolo by to od našej generácie voči ďalším veľmi sebecké, keby sme neinvestovali do technológie, ktorá je šetrnnejšia voči životnému prostrediu. 

Veľkým plusom tejto metódy je, že z SO2 dokážeme vhodnou technológiou získať energosadrovec, ktorý nachádza využitie v stavebníctve a plne nahrádza prírodný sadrovec. Samotný energosadrovec je dokonca čistejší ako jeho prirodzená prírodná forma. 

Čo sa týka pohľadu do budúcnosti, tak dúfam, že sa bude stále racionálnejšie pristupovať k problematike emisií. Platná legislatíva zrejme nebude poľavovať a bude len prísnejšia, čo by si síce vyžiadalo pravdepodobne ďalšie investície od prevádzkovaľov elektrární, no s veľmi opodstatneným významom ochrany životného prostredia. Aplikáciu technológie na zníženie obsahu škodlivín v emisiách do ovzdušia v oblasti energetiky považujem za dôležitý myľník v tomto sektore.