Jak se odstraňují oxidy dusíku

Ovzduší tzv. civilizovaných oblastí světa znečišťují chemikálie a aerosol, které si „civilizovaný“ člověk sám vyrábí – provozem průmyslových provozů, dopravou, energetikou… K látkám znečišťujícím životní prostředí patří i oxidy dusíku souhrnně označované NO_x.

Oxidy dusíku představují především dva druhy oxidů dusíku, a to oxid dusnatý NO a oxid dusičitý NO₂. Na emisích NO_x se podílejí zdroje stacionární (teplárny, elektrárny, domácí topeniště atd.) a zdroje mobilní (motory dopravních prostředků). Rozložení tvorby emisí NO_x podle typů zdrojů je pro každý stát odlišné. V zemích s vysokým rozvojem automobilismu je podíl mobilních zdrojů znečištění až 60 %, v České republice je to asi 20 %.

Při spalování fosilních paliv vznikají NO_x oxidací dusíku chemicky vázaného v palivu a molekulárního dusíku obsaženého ve vzduchu, který se účastní spalovacího procesu. U kotlů větších výkonů směs NO_x tvoří přibližně 95 % NO a 5 % NO₂.

Metody snižování NO_x
V uhelných elektrárnách se uhlí před spálením semele na prášek, který se spaluje pomocí speciálních hořáků. Do hořáků, kterých je v topeništi vždy několik, se vhání směs uhelného prášku se vzduchem. Další vzduch se pak přidává pro optimální spalování.

Spalovací proces je složitý fyzikálně chemický jev, který nedokážeme zcela přesně matematicky modelovat. Proto nedokážeme z pohledu co nejnižší tvorby emisí NO_x spalovací proces ani zcela přesně teoreticky řídit. Přesto se postupným praktickým ověřováním podařilo vyvinout postupy, vedoucí ke snížení tvorby NO_x již při spalování. Rovněž tak vznikly metody zachycující NO_x vzniklé spalováním paliva. Metody snižovaní NO_x dělíme do dvou základních kategorií:

• primární metody – potlačování vzniku NO_x během spalování,


• sekundární metody – následné odstraňování NO_x ze spalin.

Primární metody
Primární metodyvyužívají znalostí o vzniku NO_x. Z analýzy vyplývá, že během spalovacího procesu lze tvorbu NO_x snížit třemi hlavními způsoby: snížením spalovací teploty, snížením koncentrace O₂ v plameni a zkrácením doby pobytu reagujících látek v oblastech s příznivými podmínkami pro vznik NO_x.

V praxi se zpravidla nepoužívá jen jeden způsob samostatně (snížení produkce NO_x pod zákonný limit se dosáhne jen výjimečně), ale jejich kombinace. Provádí se regulace množství spalovacího vzduchu, úprava konstrukce hořáků, recirkulace spalin, chlazení plamene vzduchem, stupňování přívodu paliva apod. Při úpravách provozovaných spalovacích zařízení lze dosáhnout snížení NO_x o 40 až 60 % za relativně nízkých nákladů.

Sekundární metody
Sekundární metody odstraňují již vzniklý NO_x ze spalin. Metod existuje několik typů, ale nejvíce používané jsou selektivní nekatalytická redukce (SNCR) a selektivní katalytická redukce (SCR).

Selektivní nekatalytická redukce spočívá ve vytvoření redukčních podmínek, při kterých do kotle vstřikovaný čpavek nebo močovina selektivně (přednostně) snižuje oxidy dusíku za vzniku elementárního dusíku a vodní páry. Účinnost snížení NO_x dosahuje 40 až 60 %. Charakteristickým znakem této metody je, že probíhá v kotli v oblasti teplot 900 až 1 050 °C.

Použití čpavku jako redukčního činidla má některé nevýhody. Čpavek je zdraví nebezpečná látka, vyžadující složitější technologická zařízení pro skladování a manipulaci. Při jeho úniku je okolí obtěžováno zápachem, vzniklé sloučeniny čpavku a síry mohou vytvářet nežádoucí nánosy na strojním zařízení. Z těchto důvodů se používá místo čpavku močovina.

Selektivní katalytická redukce se zakládá na stejných chemických reakcích jako předchozí nekatalytická redukce. Díky katalyzátoru však reakce probíhají při teplotách 300 až 400 °C. Čpavek nebo močovina se vstřikují do spalin, které se následně vedou do katalyzátorového reaktoru, ve kterém se oxidy dusíku, obsažené ve spalinách, opět změní na dusík a vodní páru. Účinnost snížení NO_x je vysoká – 80 až 90 %. Katalyzátory se nejčastěji vyrábějí z oxidů vanadu, molybdenu, wolframu a jejich kombinací.

DENOX v Elektrárně Počerady

Ekologizace Elektrárny Počerady představuje realizaci primárních i sekundárních opatření. V prvním případě půjde o montáž dalšího pásma dohořívacího vzduchu do kotlů, tak aby se zajistilo vykrytí průřezu topeniště právě proudy dohořívacího vzduchu i při sníženém výkonu kotle. Ve druhém se bude po úpravách spalovacích systémů do práškových kotlů na hnědé uhlí vstřikovat močovina.

Nejprve se instalují a smontují společná zařízení pro čtyři takto modernizované výrobní bloky. Vše proběhne za jejich běžného provozu. Půjde o nádrže, napouštěcí zařízení a potrubí rozvodu na jednotlivé bloky, které v budoucnu umožní vstřikování močoviny do kotlů. Pak se technologie při odstávce jednotlivých bloků dokončí. Jako první se odstaví výrobní blok 3. Poté budou na nezbytně dlouhou dobu odstaveny výrobní bloky 2, 5 a 4. Pokud půjde vše tak, jak má, práce budou trvat vždy okolo padesáti dnů.

„Další pásmo dohořívacího vzduchu zajistí spolu s řízením rozvrstvení vzduchu snížení úletu NO_x ze současných 650 na 400 mg/m³. Sekundárním opatřením pak bude vstřikování močoviny do kotlů. Močovina v prášku se k nám bude dovážet cisternami a přefukovat do speciálních nádrží, v nichž se v určitém poměru smíchá s vodou. Poté se bude potrubím vstřikovat do kotlů. Voda se zákonitě odpaří a vlastní močovina pak dokáže snížit úlet NO_x na méně než 200 mg/m³,“říká Jiří Kulhánek, technický ředitel Elektrárny Počerady, a. s.

Elektrárna splní směrnici EU s předstihem

Od roku 2016 bude platit směrnice Evropské unie ukládající všem zdrojům s instalovaným výkonem nad 50 MW snížení emisí oxidů dusíku na hodnotu pod 200 mg/m³. Díky své modernizaci splní Elektrárna Počerady tento nový ekologický standard již o rok dříve.

Významné snížení ekologické zátěže v podobě poklesu emisí oxidů dusíku až o 60 % se projeví zejména v oblasti Lounska a Mostecka. Investiční akci modernizace Elektrárny Počerady, a. s., za 250 milionů korun zajišťuje pro Skupinu ČEZ takzvaně na klíč brněnská společnost Alstom.