Čištění spalin: od současných výzev k budoucnosti moderní energetiky

Z pohledu někoho, kdo se už více než tři dekády pohybuje v oblasti technologií čištění spalin, je současný vývoj v energetice opravdu zásadní. Nejde už jen o klasické plnění emisních limitů jako doplněk k hlavnímu technologickému procesu. Dnes se bavíme o komplexní části zařízení, která je technologicky stejně důležitá jako samotné spalování nebo výroba tepla a elektřiny. A s postupující legislativou se její role ještě zvýrazňuje.

To, co bývalo dřív jen „odsířením a odlučovačem popílku“, je dnes integrovaný systém s řízením dávkování činidel, s vícestupňovým odlučováním prachových a plynných složek, s měřením, vyhodnocováním a následným reportingem. Čištění spalin dnes není jen o splnění limitu – je to podmínka pro to, aby zařízení vůbec mohlo dlouhodobě a bezpečně fungovat.

Zařízení pro energetické využití opadu jako vývojový hub

Za nejkomplexnější zdroje z hlediska čištění spalin lze dnes označit zařízení pro energetické využití odpadu.

„Spalovny čelí současně nejpřísnějším emisním limitům a zároveň nejvyšší provozní variabilitě. Palivo je nestejnoměrné, zatížení se mění v čase, provoz musí být stabilní 8000 i více hodin ročně. A to vše při sledování širokého spektra látek – od oxidů dusíku, oxidu siřičitého, prachových částic, kyselých plynů, až po dioxiny, těžké kovy a organické polutanty,“ popisuje praxi Tomáš Krejčí, generální ředitel EVECO Brno.

V praxi to znamená, že jedno zařízení musí zvládnout hned několik technologických kroků – dávkování sorbentů, odlučování tuhých látek, neutralizaci kyselých plynů, filtraci dioxinů, denitrifikaci, vše v přesném sledu, s návazností na regulaci a řízení.

Právě na těchto zařízeních týmy EVECO Brno a ORGREZ ze skupiny ORGREZ Group získali nejvíce praktických zkušeností, které lze přenášet dál. Spalovny dnes představují technologický vrchol oboru, ale jejich principy – zejména souhra jednotlivých stupňů, kontrola parametrů a dlouhodobé řízení účinnosti – se velmi dobře uplatňují i u menších, konvenčnějších zdrojů.

Co dnes přestává stačit u biomasových zdrojů

Řada biomasových kotelen v České republice byla navržena v době, kdy postačoval elektrofiltr a jednoduchý sorpční stupeň. S rostoucími požadavky na účinnost odlučování, ale především se zpřísněním parametrů pro provozní stabilitu a návazné technologie, se tato řešení dnes ukazují jako nedostatečná.

„Elektrofiltry velmi často nezachycují jemný prach a zbytkové látky, které následně pronikají do denitrifikačních stupňů a výrazně zkracují životnost katalyzátorů,“ vysvětluje Tomáš Krejčí.

V oblasti biomasy přitom bývá koncentrace oxidů síry relativně nízká, a proto se někdy jejich vliv podceňuje. „Pro SCR technologii ale není rozhodující pouze emisní limit, ale právě koncentrace v syngasu nebo spalinách, která ovlivňuje katalytickou vrstvu. Sulfatace katalyzátoru, i při koncentracích SO₂ hluboko pod legislativními limity, může zásadně snížit účinnost celého systému a přinést neplánované provozní výdaje,“ dodává Vojtěch Vavřička, ředitel Divize ekologických systémů ORGREZ.

Proto je v těchto případech třeba přistoupit k rekonstrukci celého řešení. Místo elektrofiltru experti EVECO navrhují instalaci tkaninového filtru s možností dávkování reaktivních sorbentů.

„Před SCR typicky zařazujeme stupeň pro předčištění spalin od kyselých složek, typicky na bázi hydrogenuhličitanu sodného nebo hydroxidu vápenatého. Pokud to však není např vzhledem k prostorovým dispozicím, či již existujícímu technickému řešení kotle možné, lze zde aplikovat také SCR v high dust provedení. ORGREZ má v tomto jedinečnou zkušenost s funkční referencí jako jediný v ČR a troufáme si říct že také v oblasti střední a východní Evropy,“ upřesňuje Vojtěch Vavřička.

V menších výkonech, nebo tam, kde provozní režimy nedovolí využít SCR, odborníci ORGREZ implementují SNCR technologii. V mnoha případech rovněž doplňují systém o rekuperaci tepla ze spalin – a to nejen z důvodu zvýšení účinnosti, ale i kvůli optimalizaci teplotních podmínek pro navazující stupně.

Kogenerace: malé zdroje, ale ne bez problémů

V případě kogeneračních jednotek může být zavádějící představa, že jde o technologicky jednoduché, nenáročné zdroje. Realita je ale jiná. Především v případech, kdy se jedná o plynofikované jednotky spalující bioplyn nebo zemní plyn, dnes platí přísné limity na NOₓ, CO a formaldehyd. U těchto zařízení přitom bývá prostor omezený, provoz proměnlivý a nároky na jednoduchost obsluhy vysoké.

Reálné řešení v praxi spočívá v použití kompaktních SCR systémů, které jsou často dodávány v modulárním nebo kontejnerovém provedení, s plnou automatizací řízení a s napojením na provozní SCADA systémy. Systém musí být robustní, ale zároveň dostatečně citlivý pro udržení účinnosti při častém najíždění a odstávkách.

„Takové systém navrhujeme v těsné spolupráci s odborníky z Divize ekologických systémů naší sesterské společnosti ORGREZ, kteří se specializují právě na optimalizaci denitrifikace, včetně měření, uvedení do provozu a zajištění garancí. Tato spolupráce je dnes klíčová – umožňuje nám držet nejen emisní limity, ale především dlouhodobou provozní stabilitu,“ popisuje spolupráci v rámci skupiny Tomáš Krejčí, generální ředitel EVECO Brno.

Paroplynové cykly: zvláštní případ s vysokými nároky

Paroplynové elektrárny se vyznačují vysokou účinností, ale také velmi specifickými podmínkami z hlediska teploty spalin, které mohou překračovat limity pro běžné katalyzátory. V těchto aplikacích skupina ORGREZ využívá vysokoteplotní SCR reaktory s odpovídajícími katalyzátory a přesným řízením dávkování činidla. Zde je nutná důkladná koordinace s provozními režimy turbíny a HRSG kotle, protože změna zatížení ovlivňuje nejen složení, ale i objemové toky a teplotní profil spalin. Návrh takových systémů nelze oddělit od celkové energetické bilance, regulační strategie a provozních potřeb zařízení.

„Další faktorem kromě SCR reaktoru jsou také emise CO. Jak v OCGT, tak CCGT. Je zde více způsobů z hlediska řazení katalytických vrstev, které lze aplikovat pro jednotlivé případy, tedy každá technologie na DeNOx či DeCO je tailor made,“ dodává Vojtěch Vavřička.

Průmysl, VOC a role chemických provozů

Mimo klasickou energetiku roste význam aplikací v chemickém průmyslu, kde se řeší především těkavé organické látky a oxidy dusíku. Významné zatížení zde přichází z technologických reaktorů, sušáren nebo skladovacích a odparných procesů.

„V těchto případech implementujeme termické nebo rekuperační oxidátory (RTO, RCO), které umožňují efektivní destrukci VOC i při proměnlivém zatížení. Na výstupu pak často následuje SNCR nebo SCR podle konkrétního teplotního profilu a požadavků na NOₓ,“ vysvětluje Tomáš Krejčí.

Výhodou těchto aplikací je možnost integrovat odpadní teplo zpět do výrobního procesu. Tyto systémy nejsou na první pohled tolik vidět jako kotel nebo turbína, ale z hlediska komplexnosti řízení, diagnostiky a provozního významu jsou stejně důležité.

Co z toho plyne?

Z hlediska návrhu, provozu i budoucí legislativy je jasné, že čištění spalin už nelze chápat jako okrajovou technologii. Největší chybou dneška je spoléhat na to, že „stávající systém ještě projde“. Řada provozů funguje na hraně – ať už z hlediska limitů, nebo z hlediska nákladů, které vynakládají na činidla, údržbu a výměny komponent.

„V neposlední řadě ORGREZ provozuje nejrozsáhlejší měřící síť emisí v ČR. Tyto živá data jsou následně zpracována dle legislativy. K tomu nám slouží systém EisNet, který zajišťuje výstupy nejen z emisních měření, ale také v sobě má informace o spotřebách reagentů, množství odpadních vod, popílku atd.,“ představuje další ze služeb Vojtěch Vavřička.

SW EisNet je plně kompatibilní s API vyžadovanou z pohledu legislativy, a jedná se tak o komplexní nástroj pro provozovatele elektráren, tepláren a průmyslových provozů, který klientům ulehčuje ohlašovací a evidenční povinnosti vůči úřadům, a to plně automaticky 24/7/365.

„Data z CEMS a se dají dále využít, aby neskončily na datovém hřbitově. Pokud má klient zájem, můžeme je použít v našem centru datové excelence pro následné optimalizace průmyslových a teplárenských provozů,“ dodává Vavřička.

Zkušenost ukazuje, že efektivní systém musí být navržen komplexně – nejen podle tabulky limitů, ale s ohledem na celou technologickou vazbu, chemické složení spalin, provozní režimy, náklady a servis. Důležité je navrhovat systém s možností rozšíření, s přehledem o vývoji legislativy a s realistickým pohledem na provozní realitu.

Technologie čištění spalin dnes rozhoduje o tom, zda zdroj bude konkurenceschopný, ekonomicky udržitelný a legislativně vyhovující – a to nejen v roce 2025, ale i v roce 2030 a dál.