Чист как… уголь

Одними из главных виновников загрязнения атмосферы по-прежнему считаются электростанции, работающие на каменном угле. Однако имеющиеся на сегодня фильтры и технологии очистки способны опровергнуть это предвзятое мнение.

Электростатические фильтры

Электрофильтры удаляют из дымового газа зольную пыль – несгоревшие частицы угля. Принцип их действия основан на том, что поток газов из парогенератора и нагревателя воздуха проходит между параллельно расположенными электродами с положительным и отрицательным зарядами, и под воздействием электрического поля пыль оседает на «положительных» электродах. Затем на электродные пластины подаётся вибрация, которая сбрасывает угольные частицы через пылевую воронку в специальный резервуар.

Электростатические фильтры способны улавливать до 99% зольной пыли, которая потом может использоваться в цементной промышленности.

Десульфиризация

Это очистка дымовых газов от содержащейся в них серы. Десульфиризация может производиться тремя способами: сухим, сухим аддитивным и мокрым известковым. Последний применяется чаще всего и устроен таким образом: дымовые газы, выходящие из электрофильтра, попадают в промывочное устройство (скруббер), которое удаляет большую часть кислотных примесей (хлоридов и фторидов) и зольный остаток. Скруббер представляет собой прямоточный промыватель с двумя уровнями впрыскивания и поглощающим насосом. Оксид серы, содержащийся в дымовом газе, реагирует с известняком (CaCO3), превращаясь в сульфит кальция, который, в свою очередь, при впрыскивании сульфита кальция становится суспензией гипса. Таким образом, скруббер одновременно устраняет из дымовых выхлопов угольных электростанций серу и способствует образованию гипсовой суспензии, которую можно использовать в промышленности.

Рукавные фильтры

Рукавный тканевый фильтр представляет собой разборный металлический «шкаф», разделённый на вертикальные секции тонкими перегородками.

В каждой секции находится несколько цилиндрических металлических каркасов, на которые натянуты чехлы из ворсистой ткани. Когда рукава забиваются пылью, их очищают с помощью встряхивающего механизма, установленного на крыше фильтра, и продувают сильным потоком чистого воздуха, забираемого из помещения.

Снижение выбросов NOx (оксида азота)

Первичная обработка позволяет снизить выбросы оксида азота более чем на 30%. Но этого недостаточно, и необходима вторичная обработка, включающая процессы селективного каталитиче­ского восстановления. Его основой служит катализатор, стимулирующий химическое преобразование оксидов азота. Дымовые газы попадают в реактор и смешиваются с парами аммиака и воздухом. Аммиачный газ действует как восстановитель, азот вытесняется водородом. В результате реакции вредные соединения оксида азота распадаются и возникает молекулярный азот (N2) и вода (H2O).

Технология CCS

Carbon capture and storage (CCS) «Улавливание и хранение углерода» – актуальный способ борьбы с загрязнением атмосферы выхлопами угольных электростанций, разработанный компанией Alstom. Метод основан на выделении и обработке CO2, содержащегося в дымовых газах, и последующей его утилизации в геологических породах глубокого залегания. Теоретически возможно даже закачивание CO2 в нефтяные месторождения, что привело бы к повышению их энергетической ценности.

Существует три метода улавливания углерода: до сжигания, после сжигания топлива и сжигание угля при помощи кислородного дутья – в этой разновидности технологии CCS вместо воздуха применяется окислитель кислорода. Тогда при горении выделяется относительно безвредный диоксид углерода – его легко уловить и захоронить под землёй. Ключевым преимуществом технологии Carbon capture and storage является то, что ей можно оснастить и новые, строящиеся электростанции, и старые – в момент их рекон­струкции.

Технология очистки дымовых газов угольных электростанций с использованием аминов или охлаждённого аммиака позволяет «поймать» до 90% CO2. На сегодняшний день Alstom ввёл в эксплуатацию семь «пилотных» очистительных установок на основе CCS. Три из них работают с использованием кислородного дутья: на электростанции Schwarze Pumpe мощностью 30 МВт в Ватенфалле (Германия), на проекте «Тоталь Лак» во Франции и на собственной тестовой площадке Alstom в г. Виндзоре, США.

Тестовая установка в Чарлстоне (штат Западная Виргиния, США) работает на одном из заводов компании Dow Chemical с применением сложных аминов. В июне 2011 года завершён ввод в эксплуатацию системы CCS мощностью 58 МВт на электростанции Mountaineer – это уникальный, первый в мире проект, предусматривающий улавливание двуокиси углерода из дымового газа и захоронение отходов в подземных скальных породах тут же, в окрестностях станции.

В данный момент очистительные установки на основе технологии CCS с использованием охлаждённого аммиака строятся в Турчени (Румыния). Проект реализуется концерном Alstom совместно с компанией CET и предполагает строительство установки мощно­стью 250 МВт, позволяющей улавливать 1,5 млн тонн CO2 в год.

Технология Carbon capture and storage – мощное оружие в борьбе с глобальным потеплением. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что с помощью CCS к 2030 году можно будет не пускать в атмосферу от 1 до 2 Гт CO2 в год, а к 2050 году этот показатель может превысить 5,5 Гт, что, безусловно, можно считать гарантией отсрочки и даже отмены экологической катастрофы планетарного масштаба.

«Зелёный» уголь

Напоследок ещё об одной перспективе, связанной с очисткой не продуктов горения, а самого топлива – угля. Группа учёных из Института химической и горной инженерии и охраны окружающей среды Ноттингемского университета в Великобритании получила грант в размере 120 тыс. фунтов стерлингов и занимается созданием технологии очистки каменного угля от вредных минеральных примесей, которая позволила бы снизить выбросы углекислого газа на треть. «Зелёный», очищенный уголь будет не только экологичным, но и экономически выгодным видом топлива. КПД угольных электростанций, сейчас в среднем не превышающий 37%, при переходе на «чистый уголь» может возрасти до 55%. Если технология очистки самого угля, а не дымовых газов, образующихся в результате его сжигания, будет создана, человечество получит дешёвый и безопасный источник энергии.