Studiu de Impact al unei Termocentrale pe Carbune

- Studiu de impact al unei termocentrale pe carbune -

Anul I

Grupa MB1

Bucureti

2012Cuprins:

1. Termocentralele pe crbune surs puternic de poluare

2. Crbunele i valorificarea lui energetic

3. Descrierea ciclului de via a crbunelui

3.1. Extracia crbunelui obinerea

3.1.1. Metode de extracie

3.2. Transportul

4. Influena utilizrii crbunelui asupra factorilor de mediu

4.1. Poluarea cu SO2

4.2. Poluarea cu praf de crbune

4.3. Poluarea fonic

4.4. Poluarea radioactiv

5. Tehnologii energetice utilizate n vederea producerii carbunelui

5.1. Centralele electrice cu arderea carbunelui n pat fluidizat la presiune atmosferic (AFBC)

5.1.1. Prezentarea principiului de funcionare

5.1.2. Combustibili utilizai

6. Impactul asupra mediului nconjurtor a termocentralelor pe crbune7. Analiza comparativ a tehnologiilor energetice ce utilizeaz crbuniBibliografie1. Termocentralele pe crbune surs puternic de poluare

Din prisma proteciei mediului nconjurtor, cel mai important domeniu de activitate antropic l constituie industria. Dezvoltarea industrial nu a avut n vedere c, progresul propriu-zis al societii umane depinde, nu numai de bunurile pe care le ofer, ci i de daunele provocate mediului nconjurtor.Energia electric este n prezent una din cele mai folosite forme de energie. Energia electric este o form nepoluant de energie dar, de cele mai multe ori, producerea acesteia se realizeaz pe baza proceselor de ardere a crbunilor de pmnt, gazelor naturale i pcurii n termocentrale. n urma acestor procese sunt eliberate n atmosfera nconjurtoare cantiti nsemnate de oxid de carbon, bioxid de carbon, oxizi de sulf i ndeosebi SO2, oxizi de azot (NO/NO2), hidrocarburi nearse, sruri volatile (cloruri, fluoruri, sulfai), vapori de ap etc.

n Romnia, peste 30% din totalul energiei electrice este produs n termocentrale pe crbune, acestea fiind de obicei localizate n jurul marilor bazine miniere, dar i n zona marilor aglomerri urbane puternic industrializate. Termocentralele pe crbune sunt poluatori importani, deosebit de compleci. Courile de evacuare ale gazelor de ardere reprezint sursele nalte de poluare a mediului n timp ce haldele de cenu sursele joase. Sursele nalte evacueaz n atmosfer cantiti mari de poluani gazoi, pulberi metalice i cenui zburtoare. Poluanii de acest gen sunt dispersai pe distane mari, funcie de: nlimea coului, viteza gazelor la ieirea de pe co si direcia i intensitatea curenilor de aer.Dup destinaie, termocentralele se clasific n: Centrale termoelectrice (CTE), ce produc n special curent electric, cldurafiind un produs secundar. Aceste centrale se caracterizeaz prin faptul c suntechipate n special cu turbine cu abur cu condensaie sau cu turbine cu gaze. Mainou, aceste centrale se construiesc avnd la baz un ciclu combinat abur-gaz. Centrale electrice de termoficare (CET), ce produc n cogenerare att curentelectric, ct i caldura, care iarna predomin. Aceste centrale se caracterizeazprin faptul c sunt echipate n special cu turbine cu abur cu contrapresiune.De obicei, termocentralele functioneaz pe baza unui ciclu Clausius - Rankine. Sursa termic, cazanul, nclzeste si vaporizeaz apa. Aburul produs se destinde ntr-o turbin cu abur producnd lucru mecanic. Apoi, aburul este condensat ntr-un condensator. Apa condensat este pompat din nou n cazan si ciclul se reia. Turbina antreneaz un generator de curent alternativ (alternator), care transform lucrul mecanic n energie electric, de obicei la tensiunea de 6000V i frecventa de 50Hz n Europa, respectiv 60Hz n America de Nord i mare parte din America de Sud. Pentru o termocentrala pe baza de carbune, poate fi analizata schema urmatoare (Fig. 1.):

(sursa: Enciclopedia libera, accesat: decembrie 2011)

Fig. 1. Schema clasica a unei termocentrale pe carbune

1. Turn de rcire

2. Pompa circuitului de rcire al condensatorului

3. Linie electric de nalt tensiune

4. Transformator ridictor de tensiune

5. Generator electric de curent alternativ

6. Turbin cu abur de joas presiune

7. Pomp de joas presiune

8. Condensator

9. Turbin cu abur de medie presiune

10. Ventile de reglare ale turbinei

11. Turbin cu abur de nalt presiune

12. Degazor

13. Prenclzitor de joas presiune (PJP)

14. Band de alimentare cu crbune 15. Buncr de crbune, eventual cu turn de uscare

16. Moar de crbune

17. Tamburul cazanului

18. Evacuarea cenusii

19. Supranclzitor

20. Ventilator de aer

21. Supranclzitor intermediar

22. Priza de aer necesar arderii

23. Economizor24. Prenclzitor de aer

25. Electrofiltru pentru cenus

26. Exhaustor (ventilator de gaze arse)

27. Cos de fum

n prezent, cnd din ce n ce mai mult se folosete combustibilul solid pentru producerea energiei electrice, centralele electrice au devenit o surs important de poluare a mediului nconjurtor. Cantitatea i felul poluanilor sunt dependente de calitatea combustibililor fosili folosii i de tehnologia fiecrei centrale termoelectrice. In general, emisiile termocentralelor constau n: CO2, CO, SO2.NO, NO2, vapori de ap, hidrocarburi, sruri volatile (cloruri, fluoruri, sulfai etc.). Un co de termocentral de mare capacitate mprtie zilnic n atmosfer 3-5 vagoane praf de crbune nears i cenu i 500 tone compui ai sulfului ( n principal SO2 ), suspensii pe care vntul le antreneaz n jurul termocentralei pe o raz de 25 km.Aciunea termocentralelor se mai poate clasifica i din punctul de vedere al impactului produs de poluani asupra diferitelor compartimente ale mediului nconjurtor. Din acest punct de vedere, impactul pe care-l au termocentralele pe crbune poate fi: impact estetic, climatic, asupra apelor subterane i a celor de suprafa, asupra solului, asupra vegetaiei, precum si asupra sntii oamenilor.2. Crbunele i valorificarea lui energeticCrbunele reprezint o roc foarte neobinuit, din dou motive. n primul rnd, este format din materii organice, esuturi odinioar vii, i n al doilea rnd spre deosebire de alte roci, arde i degaj cldur.

Crbunele a fost primul combustibil utilizat n timpul revoluiei industriale i a jucat un rol foarte nsemnat n dezvoltarea marilor ri industrializate. Crbunele conine carbon, care-i ofer i acea culoare neagr, caracteristic, i gaze inflamabile cum ar fi hidrogenul, azot i oxigen. Cea mai mare parte a crbunelui s-a format n urm cu aproximativ 360-286 de milioane de ani, ntr-o perioad numit de geologi era carbonifer tocmai din cauza cantitilor imense de crbune care s-au format atunci. n regiunile carbonifere exist un numr de zcminte situate unul deasupra celuilalt, cuprins ntre straturi de roc sedimentar. Unele straturi de crbune au o grosime de doar civa milimetri, altele au grsimi de civa metri .

Crbunele este utilizat cel mai des ca i combustibil. Pn nu de mult, o cantitate mare de crbune era ars pentru nclzirea locuinelor. n zilele noastre, este ars pentru a genera electricitate sau n procese industriale. nainte de exploatarea pe scar larg a gazelor naturale, unele ri i produceau ntreaga cantitate de gaze din crbune.

Crbunele este zcmntul cel mai bogat n combustibil fosil. Rezervele mondiale cunoscute sunt estimate a fi suficiente pentru 200 ani, la o rat de consum cu cea actual, i muli experi sunt de prere c exist cam de 15 ori mai mult crbune rmas nedescoperit. Trei ri dein dou treimi din rezervele mondiale descoperite. SUA, are 30%, Rusia i statele aliate cam 25%, iar China 10%. Restul rezervelor sunt situate n: (Australia, Canada, India, Germania, Polonia, Africa de sud i Marea Britanie). n America de sud doar patru ri Argentina, Brazilia, Chile i Columbia dein zcminte de crbuni. Cea mai mare parte a crbunelui este ngropat adnc sub pdurile tropicale unde este greu de exploatat. Dintre cele 52 de ri africane, doar 8 exploateaz: Africa de sud i Zimbabwe, cu cele mai mari zcminte, Algeria, Maroc, Mozambic, Tanzania, Nigeria i Zair.

Arderea crbunelui produce fum ce conine compui sulfurai. Acetia provoac ploi acide care distrug vegetaia, ucid petii i alte creaturi marine, provocnd i deteriorarea crbunilor cldirilor construite din crmizi i piatr.

Combustibilul solid utilizat cu precdere n centralele termoelectrice clasice este crbunele, o utilizare mai redus avnd isturile bituminoase. Cei mai utilizai crbuni la centralele termoelectrice, potrivit gradului de ncarbonizare, sunt crbunii bruni (n special lignitul) i huila.

n anul 2006, producia de crbune a Romniei a fost de 34,1 milioane tone din care 31,2 milioane tone lignit i 2,9 milioane tone huila. Aceast producie a fost utilizat n proporie de 99% pentru producerea de energie electric i termic, huila contribuind cu 7,2% din total producie de energie electric iar lignitul cu 32,2% . Evoluia produciei naionale de crbune pentru perioada 2000 2006, conform Federaiei Naionale de Energie, este prezentat n figur 2:

Fig. 2 - Evoluia produciei naionale de crbune3. Descrierea ciclului de via a crbunelui

Ciclul combustibilului solid este prezentat n figura 3, de mai jos:

(sursa: Lazaroiu Ghe.)

Fig. 3. Ciclul combustibilului solid

Astfel, durata ciclului este de ordinul orelor pentru extracie i consum, de ordinul minutelor pentru preparare, ameliorare, de ordinul orelor sau zilelor pentru transport i ajunge la ordinul lunilor n stoc. Este de menionat c extracia din mn se caracterizeaz printr-o calitate a crbunelui relativ constant, determinat de natura zcmntului, pe cnd la extracia din carier calitatea este variabil n funcie de procedeu i de starea atmosferic.

3.1. Extracia crbunelui obinerea

Scopul extraciei crbunelui este acela de a obine crbune din sol. Crbunele ocup un prim rang pentru coninutul energetic. nc din 1880 a fost utilizat pe scar larg pentru a genera electricitate. Industriile de producere a oelului i a cimentului au utilizat crbune drept combustibil, pentru a extrage fierul din minereul de fier, respectiv pentru producia de ciment.

Exploatrile de crbune au avut o mulime de evoluii n ultimi ani, de la primele tuneluri spate de brbai pentru a extrage manual crbunele n crue, n ziua de azi utilizndu-se dragline, camioane pe band rulant etc.

Exploatrile de crbune pot avea un impact mare asupra mediului i de aceea trebuiesc gestionate corespunztor. Multe mine sunt obligate de guvern pentru a reabilita zon care a fost minat.3.1.1. Metode de extracie

Cea mai economic metod de extracie a crbunelui extras din straturile carbonifere, depinde de straturile geologice. Aadar, metoda cea mai economic de extracie a crbunelui extras din straturile carbonifere depinde de profunzimea i calitatea de custuri, degeologiei de factorii de mediu. Procesele de exploatri de crbune sunt difereniate n funcie dac acestea opereaz la suprafa sau n subteran. Crbunii extrai att de la suprafa ct i din minele subterane, necesit splare ntr-oinstalaie de preparare a crbunelui. Fezabilitatea tehnic i economic sunt evaluate pe baza a mai multor condiii regionale i geologice: continuitatea crbunelui n custur, structura de grosime, de calitate, i profunzime a acestuia, topografie (n special altitudine i pant); condiii climatice; proprietate asupra terenului, deoarece afecteaz disponibilitatea terenurilor pentru minerit i de acces; modele de drenaj de suprafa; condiiile apelor subterane; disponibilitatea forei de munc i a materialelor; cerinele de achiziie crbune n termeni de tonaj, de calitate i de destinaie.

Minele de suprafa i cele subterane sunt metodele de baza in minerit Alegerea metodei de exploatare depinde n principal de adncimea de ngropare, densitatea de suprancrcare i grosimea de strat de crbune. Exista custuri relativ aproape de suprafa, la adncimi mai mici de aproximativ 50 m, acestea fiind minate de obicei de la suprafa.

Crbunele care apare la adncimi cuprinse intre 50 si 100 m, este de obicei minat in subteran, dar n unele cazuri, pot fi folosite si tehnicile miniere de suprafa. De exemplu, in unele zone din SUA, crbunii se afla la adncimi de peste 60 m si sunt exploatai de ctre metodele de carier, din cauza grosimii cordonului (20-30 m). Crbunii care apar de mai jos de 100 m, sunt de obicei minai in subteran. Exist operaiuni miniere deschise de tip carier de lucru pe straturi de crbune pn la 300-450 m, sub nivelul solului, de exemplu, Tagebau Hambachn Germania.3.2. Transportul

Se folosesc urmtoarele tipuri de mijloace de transport intern al crbunelui:

A) transportoare cu band;

B) elevator cu cupe;

C) cu lanuri cu raclei.

Transportul crbunelui este o surs de poluare fonic i prin particule antrenate de vnt. De asemenea, este o zon de operare, pentru personalul de exploatare, cu pericol mare de accidente de munc.

4. Influena utilizrii crbunelui asupra factorilor de mediuArderea combustibililor solizi (crbune) al cror coninut de sulf este mare, poate avea impact asupra mediului nconjurtor prin poluarea cu noxe gazoase SO2. Crbunele din crbunrie poate influena mediul nconjurtor prin poluarea cu praf de crbune sau prin zgomotul produs de instalaiile i utilajele ce deservesc depozitul de crbune. De asemenea, crbunele, ca materie prim sau prin ardere, poate avea un anumit grad de radioactivitate.

4.1. Poluarea cu SO2

Evacuarea gazelor arse i a poluanilor se face prin couri de fum, dar difuzia poluanilor nu are loc imediat ce acetia prsesc coul, ci pe distane de la cteva zeci de metri pn la cteva sute de kilometri, in funcie de puterea de emisie a sursei. Una dintre noxele gazoase emise este bioxidul de sulf, al crui traseu se ntinde pe distane mari, de pn la sute de kilometri, cu posibilitatea traversrii granielor, existnd astfel pericolul unei poluri transfrontaliere. Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea n atmosfer a unor volume importante de oxizi gazoi de sulf. Acest mecanism nu poate fi controlat i stpnit, ci doar redus. Cele mai la ndemn procedeele de reducere a emisiilor de SO2 de la termocentralele funcionnd pe crbune sunt:

epurarea combustibililor n faza de precombustie (pentru a reduce coninutul de S);

schimbarea combustibilului (n faza de precombustie) cu combustibil superior, pentru a reduce coninutul de sulf, sau arderea unor combustibili nesulfuroi.

4.2. Poluarea cu praf de crbune

Gospodriile de combustibil solid (crbune) reprezint una dintre sursele de poluare cu praf. Este vorba despre praful de crbune care, de regul, are o aciune zonal, n incinta depozitului sau a termocentralei; are o aciune negativ asupra sntii personalului muncitor din zona crbunriei. Pentru asigurarea condiiilor corespunztoare de lucru n gospodria de crbune, trebuie evitat dispersarea prafului de crbune la deversarea (cderea) de pe o band transportoare pe alta i trebuie eliminat praful sedimentat pe pardoseli, perei i echipamente.

Principalele deficiene ale gospodriilor de crbune din termocentrale sunt: numrul mare de puncte de deversare; nlimea mare de cdere a crbunelui de pe o band transportoare pe alta.

Zonele cele mai puternic poluate din gospodria de crbune sunt staia de concasare, buncrele de crbune din turnul de capt, precum i mainile combinate i mainile de preluat din depozit. Soluionarea acestei probleme se poate face prin realizarea, experimentarea i omologarea unei instalaii de desprfuire pentru plniile de deversare i a unei instalaii de aspiraie pentru praful de crbune, ce se vor instala n zona staiilor de concasare (zona cea mai puternic poluat din gospodria de crbune), zona buncrelor de crbune din turnul de capt, precum i la mainile combinate i mainile de preluare din depozit.

4.3. Poluarea fonic

n ansamblul factorilor de disconfort, zgomotul ocup un loc deosebit. Centralele electrice ocup unul dintre primele locuri n rndul unitilor industriale, n ceea ce privete nivelul zgomotului generat n zona n care sunt amplasate. Instalaiile i echipamentele din depozitul de crbune care produc poluare fonic sunt staia de sortare concasare, benzile transportoare, precum si mainile cu roi cu cupe.Singura soluie de reducere a nivelului de zgomot n zona depozitului de crbune este implementarea izolatoarelor de vibraii, care sunt elemente elastice i care se monteaz ntre sursa de vibraii i fundaie, astfel nct reducerea nivelului de zgomot s ating valori de 10 dBA. Rezolvarea acestei probleme ar putea asigura la gardul unei centrale ncadrarea n limitele corespunztoare nivelelor globale, conforme cu legislaia, atat n timpul nopii, cat i n timpul zilei.

4.4. Poluarea radioactiv

Se tie c, prin ardere, combustibilii solizi i, cu precdere, crbunele energetic, prezint un anumit grad de radioactivitate. Acesta are elemente radioactive cu timp foarte mare de dezintegrare, astfel ca, depozitarea trebuie facuta initial n bazine pentru racirea acestuia si apoi definitiv n recipiente rezistente la coroziune si n locuri special amenajate. 5. Tehnologii energetice utilizate n vederea producerii carbunelui

5.1. Centralele electrice cu arderea carbunelui n pat fluidizat la presiune atmosferic (AFBC)

5.1.1. Prezentarea principiului de funcionarePrincipiul de funcionare al acestui tip de central const n introducerea crbunelui concasat (particule de 6 20 mm), n contracurent cu un flux de aer ascendent, prin partea superioar a focarului. Sub aciunea forei de gravitaie, respectiv a forei ascensionale generat de aer, particulele de combustibil (mpreun cu cantiti importante de cenu i nisip) rmn n suspensie n timpul arderii n interiorul focarului, formnd un pat (strat) cu proprieti asemntoare fluidelor. Particulele de combustibil reprezint aproximativ 1% din masa patului fluidizat.

Categorii de instalaii:

Cazane cu ardere n pat fluidizat fierbtor (Fig. 4)

Fig. 4. Unitate cu ardere a carbunelui n pat fluidizat fierbtor

Cazane cu ardere n pat fluidizat circulant (Fig. 5.)

Fig. 5. Unitate cu ardere a carbunelui n pat fluidizat circulant

n cazanele cu ardere n pat fluidizat fierbtor, particulele din patul fluidizat se afl ntr-o permanent agitaie (fierbere). Gazele de ardere ies pe la partea superioar a focarului i sunt evacuate n atmosfer prin intermediul unui co, dup ce n prealabil au fost desprfuite. n interiorul focarului sunt imersate evi prin care trece agentul de lucru, respectiv apa-abur.

n cazul cazanelor cu ardere n pat fluidizat circulant principiul de funcionare este asemntor cu cel al cazanelor cu ardere n pat fluidizat fierbtor, ns apare o principal diferen care const n prezena la ieirea din focar a unui ciclon. n acest ciclon sunt reinute i retrimise n focar particulele grele de crbune care nu au ars n ntregime, precum nisip i cenu, care au fost antrenate n patul fluidizat de ctre gazele de ardere. n concluzie patul fluidizat nu mai este staionar, aprnd o bucl de circulaie. Acest tip de instalaie se caracterizeaz de asemeni i printr-o zon separat n raport cu focarul, n care sunt dispuse o parte sau chiar toate suprafeele convective de schimb de cldur aferente circuitului apa-abur.

Pentru unitile de mare putere ce funcioneaz pe crbune, soluia tehnic fezabil s-a dovedit a fi patul fluidizant circulant.. Din punct de vedere al ciclului cu abur nu exist diferene mari fa de instalaiile cu ardere a crbunelui n stare pulverizat (PCC). Exist posibilitatea instalrii unui schimbtor de cldur, ce poate fi plasat n paralel cu circuitul de rentoarcere a particulelor grele de la ciclon ctre focar (Fig. 6.). n acest schimbtor, particulele fierbini cedeaz cldur ctre supranclzitorul intermediar al ciclului cu abur. Potrivirea cantitii de particule fierbini care ptrund n acest schimbtor permite reglarea cu precizie a temperaturii din focar.

(Sursa ALSTOM)

Fig. 6. Unitate cu ardere a carbunelui n pat fluidizat circulant

5.1.2. Combustibili utilizai

Instalaiile AFBC nu sunt pretenioase din punct de vedere al calitii i compoziiei combustibililor. Toate tipurile de combustibili solizi (huil, lignit, turb, biomas, deeuri solide, etc.) pot fi utilizate n acest gen de instalaie, fr a modifica sistemul de combustie, ceea ce permite o mare flexibilitate la nivelul aprovizionrii centralei. Aceeai flexibilitate se manifest i din punct de vedere al modului de operare al cazanului, el putnd funciona la asrcini pariale de pn la 30% din capacitatea nominal.

Cele mai bune performane se obin atunci cnd amestecul din focar este intensiv, iar recircularea i timpul de staionare al particulelor n focar este lung. Randamentul cazanului n pat fluidizat (90%) est e in general puin mai ridicat dect al unui cazan clasic (88%), contribuind la mbuntirea randamentului global al unitii.6. Impactul asupra mediului nconjurtor a termocentralelor pe crbuneRestriciile ecologice i de mediu impun un anumit regim de amplasare i de funcionare a centralelor termoelectrice, astfel nct: Nivelul polurii n zon s nu depseasca limitele prescrise; S existe o zon de protecie sanitar depinznd de noxele produse

(avnd o raz de pn la un km, pentru CTE);

Construciile s nu produc dezechilibru n mediu i a aib un aspect urbanistic plcut (n special construciile i liniile electrice aeriene).

Instalaiile de crbune produc mari cantiti de reziduuri care sunt, de obicei, greu de controlat.

Reziduuri lichide

La centralele termoelectrice clasice se produce un volum mare de reziduuri lichide, respectiv: ape uzate, apa de rcire, apa pentru splare echipamente. Mai apar cantiti relativ reduse de lubrifiani i alte fluide pe baz de petrol.

Apele uzate au un volum sczut provenind din: demineralizarea apei, reinerea i transportul cenuei, de la stivele de crbune, puncte joase. Demineralizarea se realizeaz prin schimb de ioni i se utilizeaz pentru producerea apei necesare alimentrii cazanului. Periodic, schimbul de ioni este regenerat, folosind acid. Reziduurile provenite din regenerare sunt caracterizate printr-o mare aciditate sau alcalinitate i concentraii ridicate de solide dizolvate.

Reziduurile mai cuprind ape folosite la cltire care sunt destul de curate. Apele de cltire pot fi reciclate i folosite la turnurile de rcire sau tratate i refolosite la cazan. n cadrul reinerii i transportului cenuii se utilizeaz apa ca mijloc de ndeprtare i transport hidraulic al cenuii. La transportul uscat al cenuii, mijloacele de transport sunt splate n zona de ncrcare-descrcare pentru a ndeprta cenusa acumulat. Aceste ape poluate conin concentraii foarte mari de solide n suspensie i anumite metale coninute n cenu. Ap poluat care transport cenua depus nu are un pH foarte ridicat i conine o concentraie mai sczut de metale grele. Apa de ploaie scurs de pe stivele de crbune poate s conin concentraii ridicate de metale, n special fier i s fie acid, n funcie de cantitatea de sulf din crbune. Caracteristica curgerii depinde de tipul crbunelui i de configuraia i mrimea stivei de crbune. Cu ct apa de ploaie este n contact mai ndelungat cu crbunele, cu att concentraia apei care se scurge va fi mai mare. Acidul din apa care se scurge provine din oxidarea sulfului din crbune la acid sulfuric. Apele uzate puncte joase cuprind scurgeri neutilizabile energetic de la conducte i echipamente (scpri i rciri tehnologice lagre) i de la splarea podelelor. Reziduurile au concentraii ridicate de solide n suspensie, de uleiuri i unsori.

Apa de rcire este strict necesar realizrii ciclului termic, respectiv a sursei reci. Apa trecut o dat prin condensator poate s conin cloruri reziduale i metale, mai ales cupru i zinc provenite din coroziunea evilor condensatorului. Mai poate conine cloruri i alte chimicale adugate pentru a controla i inhib creterea biologic sau coroziunea din condensator.

Apa de splare echipamente rezult n urma folosirii apei la presiuni ridicate pentru splarea cazanului, curirea nclzitoarelor de aer, arztoarelor, rcitoarelor i condensatoarelor. Aceasta este acid i conine concentraii ridicate de solide n suspensie i metale grele. Unele echipamente sunt periodic curate cu acid pentru a ndeprta crusta format. Agenii de curire pot s conin o varietate de acizi. Din aceste cauze reziduurile au o mare aciditate i o concentraie mrit de metale grele, ajungnd uneori la o concentraie de fie de 5000 ppm. La utilizarea crbunelui drept combustibil apare un consum de ap pentru a spla cenua depus pe vatra cazanului, n electrofiltre i pentru a transporta hidraulic cenu. Ap poluat care transport cenua este acid i conine o concentraie ridicat de metale grele. Apa utilizat la splri nu are un pH foarte ridicat i conine o concentraie mai sczut de metale grele.

Materiale care conin azbest. Aceast categorie este format din material izolante i plci care conin azbest. Alte reziduuri care conin azbest sunt material contaminate i costumele de protecie. Aceste reziduuri sunt generate n timpul renovrii, demolrii sau reparaiilor. Muncitorii sunt obligai s separe aceste reziduuri i s le depoziteze n saci de culoare galben sau de alt culoare marcai distinctiv. Aceste reziduuri sunt stocate n locuri de depozitare speciale pentru materialele care conin azbest.

Cenua zburtoare i cea care se depune este produs de centralele termoelectrice funcionnd pe crbune sau pcur, volumul fiind mai mare la cele pe crbune. Cenua zburtoare, rezultat de la gazele de co, conine mici particule. Cenua care se depune conine particule mai mari. Ambele categorii de cenui conin metale grele. Cantitatea de cenu rezultat din arderea crbunelui depinde de coninutul n cenu al acestuia. Componentele primare ale cenuii sunt oxizii de siliciu, aluminiu, fier i calciu.

Pulberi. Pentru a ndeprta rugin i alte depuneri de pe echipamentele metalice, n timpul operaiunilor de ntreinere i preparare a suprafeelor nainte de vopsire, sunt produse pulberi (nisip i alte materiale fine). Reziduurile rezultate sunt de obicei nepericuloase dar, uneori, ele sunt considerate riscante, datorit nivelurilor ridicate de crom, plumb sau cadmiu.

Zgura din cazan este cenua topit de pe fundul cazanului care s-a transformat n solid i este recuperat din cazan. De obicei, zgura seamn cu nite bulgri de roc. Cenua i zgura rezultat din arderea crbunelui conine oxizi de siliciu, de aluminiu, de fier, oxizi de calciu, de magneziu i bioxid de sulf. Temperatura medie de topire este de circa 12001300 C, iar temperatura de curgere este de circa 12501500 C.

Chimicale. Aceste fluxuri de reziduuri solide conin reziduuri riscante i reziduale i sunt generate fie n laboratoarele din interior, ca rezultat al curirii chimicalelor expirate, fie n urma renunrii la anumite aparate de msur sau a altor echipamente care conin mercur. n funcie de tipul materialului aceste reziduuri sunt duse n zone special amenajate.

Resturi de la morile de crbune. Resturile de la morile de crbune cad la fundul morii i sunt, sau scurse ctre un rezervor, sau depozitate sub form uscat ntr-un bazin sau hald. n timpul pulverizrii crbunelui, prile din material care au un coninut ridicat de minerale sunt separate, prin ndeprtarea prilor grele i evacuate. Aceste reziduuri reziduale sunt numite i pirite, datorit coninutului ridicat de sulfai de fier.

Sedimentele provenite de la turnul de rcire. Acest flux de reziduuri este rezultatul circulaiei continue a apei uzate prin turnul de rcire, care genereaz sedimente. Metodele moderne de management prevd ndeprtarea acestora pe perioada reparaiilor sau ntreruperilor. Depozitarea se face uzual, prin deshidratare i depunere ntr-o hald.

Nmolul provenit de la desulfurarea gazelor de ardere. Pentru ndeprtarea dioxidului de sulf din gazele de ardere evacuate sunt utilizate preponderent scrubare umede. Pentru absorbia sulfului este utilizat, de regul, o soluie apoas, n care este dizolvat calcar sau hidroxid de sodiu. Nmolul produs este un compus primar de gips (sulfat de calciu) sau sulfat de sodiu, cu o concentraie sczut de cenu.

Reziduuri gazoase

Arderea combustibililor fosili pentru producerea energiei electrice genereaz emisii gazoase. Acestea sunt tipice oricrui proces de ardere, ns tipul de combustibil folosit are un efect important asupra calitii emisiei. Prin urmare, unitile energetice i, n special, cele care produc energia pe seama arderii combustibililor fosili, produc reziduuri sub form gazoas, cunoscute sub denumirea de poluani atmosferici. Printre aceti poluani putem enumera: gaze, vapori, aerosoli, prafuri, emisii nocive sub form de fum, compui organic volatile (COV), poluani organic persistent (POP), odorizani.

7. Analiza comparativ a tehnologiilor energetice ce utilizeaz crbuni

Pentru analiza comparativ a tehnologiilor energetice (disponibile i cele n curs de dezvoltare) ce utilizeaz crbuni, s-au luat n considerare 4 tipuri de instalaii termoelectrice.

1. PCC/USC avansat:

A) Descriere: - arderea crbunelui n stare pulverizat (PCC) n regimul ultra supra critic (USC) avansat

B) Descrierea tehnologiei metoda cea mai de utilizat n centralele pe crbune i se bazeaz pe muli ani de experien. Unitile funcioneaz la presiuni apropiate de cea atmosferic, simplificnd trecerea materialelor prin central. Tehnologia este bine dezvoltat i exist sute de central ce funcioneaz pe arderea crbunelui. PCC pot fi folosite pentru arderea unor tipuri variate de crbuni. Cazanele de PCC au fost dimensionate pentru a fi cuplate la turbine cu abur cu puteri cuprinse ntre 50 i 1300 MW.

Tehnologia arderii n regim USC avansat se bazeaz pe experiena tehnologiei PCC. Efortul pentru atingerea parametrilor aburului USC este concentrate n vederea dezvoltrii unor material rezistente la temperaturi ridicate pe tot parcursul ciclului aburului. Acestea sunt aliajele pe baz de nichel. Pentru atingerea unor randamente ridicate (> 50 %), este necesar atingerea unor temperaturi nalte (650-720 C) i a unor presiuni ridicate ( 300 bar).

C) Eficient: centralele PCC cu abur supra critic i combustibil de nalt calitate au eficien de 35- 38 % pentru cele mai vechi, i 41-43 pentru cele moderne. Centralele care dispun de rcire cu apa de mare, pot atinge eficiene de 45-47 % (ELSAM Danemarca). n viitor se pot atinge valori ale eficienei mai mari de 50 % cu tehnologii USC de 700 C/35 Mpa.

D) Emisii: - n cazul noilor central PCC cu epurare corespunztoare a gazelor de ardere (precipitatoare, electrostatic, i desulfurarea gazelor de ardere), emisiile ndeplinesc toate cerinele actuale. Proiectele modern urmeaz s controleze volumul suplimentar de aer pentru a minimiza formarea NOx. Proiectul LEBS (Low emission boiler system- cazan cu emisii sczute) din SUA, este o iniiative demonstrative care se concentreaz asupra reducerii emisiilor de NOx i Sox (NOx < 200mg/m3 , SO2 < 400mg/m3 , CO: ntre 10 i 250 de mg/m3 , particule < de 50 mg/m3.

E) Costuri specifice: aproximativ 1000 de USD/kW pentru centralele standard cu epurarea gazelor de ardere. Pentru centralele USC (700C) costurile de investiii sunt cu 10% mai mari.

F) Disponibilitate: se comercializeaz central standard PCC i USC. n stadiul de dezvoltare PCC cu tehnologie avansat USC cu 650/700 C, care va fi disponibil ntre 2010 i 2020.

2. AFBC

A) Descriere: arderea atmosferic n pat fluidizat

B) Descrierea tehnologiei: cazanele AFBC pot fi BFBC- cu pat fluidizat n fierbere sau CFBC- cu pat fluidizat circular. Procesul are loc la temperaturi de aproximativ de 800-900 C. Crbunele mcinat i calcarul se introduc n camera de ardere, unde sunt inute n suspensie i arse ntr-un flux ascendent de aer. Calcarul este introdus pentru a uura captarea sulfului din crbunele existent n patul fluidizat. Alimentarea cu aer de ardere se realizeaz n 2 etape: aerul primar direct n arztor, iar aerul secundar n partea superioar a arztorului, deasupra punctului de alimentare cu combustibil. n cazul CFBC este necesar un ciclon pentru separarea particulelor din gazele de ardere. Este disponibil i o recirculare intern. AFBC este n mod deosebit util pentru crbuni cu coninut ridicat de cenu, cu caracteristici variabile i n cazul co-arderii de biomas sau deeuri. Este o soluie recomandat pentru reabilitarea unor centrale rezistente.

C) Eficient: Eficiena centralelor AFBC este similar centralelor cu crbune pulverizat convenionale, cu parametrii sub critici (< 40 %). Utilizarea unor parametrii supra critici pe partea de abur vor permite creterea n continuare a eficienei.

D) Emisii: Datorit injectrii directe a calcarului nu este necesar prezena unei uniti suplimentare de desulfurare. S-au nregistrat eficiene de reinere a SO2 de 95% i emisii reduse de NOx cu 60% n comparative cu tehnologia convenional. De asemenea, n cenu sunt reinute cloruri i floruri.

E) Costuri specifice: O central CFBC necesit costuri de 1000-1100 USD/kW.

F) Disponibilitate: n prezent, exist aproape 300 de cazane CFBC n exploatare cu o capacitate de aproximativ 12 MW, 40 % n Europa, 40% n SUA i 20% n Asia.

3. PFBC

A) Descriere: Arderea n pat fluidizat sub presiune

B) Descrierea tehnologiei: Tehnologia PFBC este similar n mare parte cu AFBC. Dar pentru PFBC, focarul i cicloanele sunt incluse ntr-un spaiu sub presiune. Att alimentarea cu crbune i absorbant calcar sau dolomite ct i eliminarea cenuii trebuie s se realizeze sub presiune. Unitile opereaz la presiuni de 1-2 MPa, cu temperaturi de ardere de 800-900 C. Fa de AFBC, gazele de ardere epurate sunt introduce direct ntr-o turbin cu gaz i apoi ntr-un ciclu cu abur, crescnd n general eficient.

C) Eficient: Eficiena PFBC este cu 4-5 % mai mare dect AFBC sau PCC standard. Se prevede c se va atinge o eficien de 42% i emisii sczute. Se intenioneaz ca prin folosirea unor cicluri mai avansate s se ating o eficien de peste 46% pentru a doua generaie de PFBC (proiectul actual McIntosh SUA)

D) Emisii: Arderea are loc la temperaturi cuprinse ntre 800-900 C, rezultnd emisii reduse de NOx n comparaie cu PCC. Emisiile de SO2 pot fi reduse prin injectarea reactivului n patul fluidizat i ndeprtarea ulterioar a cenuii mpreun cu reactivul.

E) Costuri specifice: 1350-1900 USD/kW

F) Disponibilitatea: PFBC este n constructive pentru aplicare la scar comercial (Japonia). PFBC avansat este n faz demonstrativ.

4. IGCC

A) Descriere: Sistem integrat cu ciclu combinat i gazeificare

B) Descrierea tehnologiei: Are loc o gazeificare a crbunelui cu un agent de oxidare (aer/oxigen i abur). Rezult un gaz combustibil care este filtrate i utilizat drept combustibil pentru o turbin pe gaze dintr-un ciclu combinat. Ca i n cazul AFBC/PFBC avantajul fa de PCC este capacitatea de a folosi combustibili inferiori (deeuri, biomas, gudron) i emisiile sczute de NOx i SOx.

C) Eficient: La momentul actual, eficiena atinge 43%. Se estimeaz c prin modernizri continui n domeniul temperaturilor de intrare n turbin, parametrii ultra critici pentru abur i epurarea gazelor de ardere, eficiena net va atinge 50%.

D) Emisii: Reinerea sulfului n cazul proiectelor IGCC atinge 98%, iar reducerea emisiilor de NOx 90%. Nu e necesar un echipament suplimentar pentru respectarea standardelor de mediu.

E) Costuri specifice: Pentru centralele actuale: 1500-2000 USD/kW. Pentru centralele viitoare modernizate 1100 USD/kW.

F) Disponibilitate: IGCC se afl nc n faz demonstrativ- 24 de centrale echipate cu IGCC sunt n curs de proiectare sau construcii.Bibliografie

Ciomag, C., (2002), Reducerea emisiei de SO2, NOX si CO2 prin optimizarea alegerii combustibilului, Program RELANSIN, Bucureti.Lazroiu, Ghe., Impactul CTE asupra mediului, Editura POLITEHNICA press, Bucureti.www.ro.wikipedia.org Enciclopedie liberahttp://www.alstom.comhttp://cpue.energ.pub.ro/www.intec.ro/fisiere/capitolul%203.pdfUniversitatea Politehnic Bucureti

Facultatea de Energetic

Managementul Mediului i Dezvoltare Durabil