Vyčištěná elektrárna
24. 11. 2010
Je to samozřejmost. Bez elektřiny si život neumíme představit. Podívejme se na výrobu v uhelné elektrárně Poříčí. Do jaké míry je provozována, stejně jako ostatní uhelné elektrárny u nás, v souladu s pravidly ochrany životního prostředí? Odpovídá technologie a parametry pro snížení emisí látek znečišťujících ovzduší úrovni nejlepších dostupných technik doporučovaných Evropskou unií? Největší událostí v novodobé historii české uhelné elektroenergetiky se stalo „vyčištění“ elektráren, tedy uvedení všech uhelných energetických zdrojů do takového technického stavu, který by vyloučil další devastaci životního prostředí.
Je to samozřejmost. Rozsvítit a zhasnout umí i malé dítě. Bez elektřiny si život už neumíme představit. Jak se ale energie získává? Jaká paliva slouží k tomu, aby pokryla veškerou potřebu energie v průmyslu, v dopravě i v našich domácnostech?
prof. Ing. František Hrdlička, Fakulta strojní ČVUT, Ústav mechaniky tekutin a energetiky: Energetickým mixem rozumíme strukturu zdrojů, které se podílí na tom, jak se zajišťuje energie pro Českou republiku. Palivovým mixem rozumíme spotřebu paliv, které potřebujeme na to, abychom potřeby České republiky v energetice zajistili. Co se týče palivového mixu pro výrobu elektřiny, tak ten je historicky i skutečností takový, že ještě stále 60 % elektřiny vyrábíme z uhlí. Zhruba přes 30 % vyrábíme z jaderného paliva a ten zbytek je z ostatních zdrojů, zejména tím rozumíme samozřejmě zdroje obnovitelné.
Téměř dvě třetiny energie tedy u nás vyrábí tepelné elektrárny. Dnes jich je celkem dvacet a většina se nachází v blízkosti dolů. Elektrárna Poříčí u Trutnova byla postavena na úpatí nejvyšších českých hor Krkonoš. Elektřina tu vzniká přeměnou energie skryté v severočeském hnědém uhlí a biomase. Palivo se dopravuje pásovými dopravníky do zásobníku.
Uhlí ze zásobníku zase odebírají řetězové dopravníky. Poté uhlí padá šikmými svody na dno fluidního kotle. Teplota spalování v kotli dosahuje zhruba 900 stupňů Celsia. Pod dnem kotle je umístěna skříň primárního vzduchu, do které se vhání vzduch ohřátý na 220 stupňů Celsia.
Využijme mimořádného okamžiku, kdy se jednou ročně kontroluje stav kotle, a podívejme se, jak vypadá jeho vnitřek. Dno tvoří deska z ohnivzdorného betonu, ve které 3459 trubiček přivádí do kotle primární vzduch. Prouděním vzduchu z trubiček se vrstva uhlí a popela trvale udržuje ve vznosu. Hořící uhlí a popeloviny se vznášejí ve fluidním kotli. Uhlí se chová jako tekutina. Odtud název fluidní, neboli tekutý.
K dokonalému spálení paliva je třeba dostatek vzduchu. Proto se do topeniště kotle vhání ještě další, tzv. sekundární vzduch.Odtah spalin z kotle unáší i nespálené částice paliva do cyklonu. Cyklony slouží k odlučování pevných částic z odsávaných spalin.Tady se rotací oddělí nespálené palivo, které padá dolů a vrací se zpět do topeniště. Z cyklonu odcházejí spaliny o teplotě 850 stupňů Celsia.
Hořící lože se udržuje ve stále stejné výšce. Nadbytečný ložový popílek se průběžně odvádí. Pneumatická doprava pak přes chladiče a šneky přepraví popílek do sila, kde se skladuje pro pozdější využití.
Spaliny z cyklonu vstupují do dodatkových ploch kotle, kde odevzdají své teplo. Toto teplo slouží k přehřívání páry a ohřevu napájecí vody a vzduchu pro spalování. Tím se kouřové plyny vychladí zhruba na 135 stupňů Celsia a vstupují do elektroodlučovače. Tady se oddělují pevné částice od kouřových plynů. Účinnost těchto obřích elektroodlučovačů přesahuje 99 %. Stlačený vzduch pak potrubím žene odloučený popílek do sil. Upravený popílek se využije pro rekultivaci skládek, různé násypy a zásypy i tvarové úpravy krajiny.
Konec spalovacího traktu tvoří sací ventilátor, který odsává vyčištěné spaliny z kotle a vhání je do komína. Do ovzduší odcházejí spaliny téměř dokonale vyčištěné. Obsahují jen minimum škodlivých látek.
prof. Ing. František Hrdlička, Fakulta strojní ČVUT, Ústav mechaniky tekutin a energetiky: V roce 1991 byl přijat nový zákon o ochraně ovzduší, který stanovil takzvané emisní limity, to znamená koncentrace znečišťujících látek ve spalinách z elektráren. Tyto emisní limity v perspektivě dalších sedmi let byly velmi přísné proti tomu, co emitovaly elektrárny do té doby. Výsledek tohoto prvního velkého skoku ve vyčistění spalin z elektráren, zejména tedy uhelných, byl takové, že produkce síry se snížila ze 700 tisíc tun za rok na zhruba 220 tisíc tun, a z 350 tisíc oxidů dusíku na zhruba polovinu.
Množství oxidu siřičitého se ve fluidním kotli udržuje na nízké hodnotě díky dávkování vápence. Téměř 90 % vedlejších energetických produktů z odsíření už nepatří do kategorie odpadů, ale lze je dále využít. Tady už vidíme putování spalin z kotle v grafickém znázornění. A tady totéž v reálu. Nízkých limitů oxidů dusíku se dosahuje udržováním teploty spalování pod 900 °C a recirkulací vychlazených spalin zpět do topeniště.
prof. Ing. František Hrdlička, Fakulta strojní ČVUT, Ústav mechaniky tekutin a energetiky: Emisní limity, které stanovila poslední verze zákona o ochraně ovzduší, které pro zvláště velké zdroje stanovují hranice emisních limitů mnohem přísněji, než tomu bylo dosud. Zejména u oxidů dusíku to znamená poloviční hodnoty proti těm současným. U oxidů síry to již není tak výrazné, ale znamená to, že vlastně všechny ty zdroje, které jsou dnes v provozu, budou muset provést technická opatření, která jim takovéto limity umožní dosahovat.
Další zdroj, který se v uhelných elektrárnách využívá, je voda. Obíhá v uzavřeném okruhu kotel – turbína – kondenzace jako teplonosné médium. V kotli se voda mění v páru. Ze spodní části kotle se voda rozvádí do várných trubkových stěn, které tvoří jeho vnitřní plášť. Tady se ohřívá na 310 stupňů. Jmenovitý výkon kotle činí 250 tun páry za hodinu. Směs páry a vody přechází do horní části válce, kde se odloučí kapičky vody od páry. Voda se vrací do spodní části válce a vše se opakuje. Odloučená pára se převádí na dodatkové plochy, kde se vysouší a předehřívá na výstupní teplotu 520 stupňů a tlak 9,5 MPa.
Výstup kotle je parovodem propojen s turbínou. Ve strojovně elektrárny Poříčí jsou instalovány tři turbogenerátory o jednotkovém jmenovitém výkonu 55 MW. V turbíně se mění tepelná energie obsažená v páře na pohybovou. Silový účinek proudění páry se využije k mechanické práci – k otáčení rotoru. Soustrojí dosahuje 3000 otáček za minutu. Ve vinutí statoru se indukuje proud. Z posledního stupně turbíny odchází pára o teplotě pouhých 26 °C do kondenzátoru, kde se odebere další teplo a pára změní skupenství na vodu.
Voda se pak soustavou čerpadel vrací přes ohříváky napájecí vody zpět do kotle. Koloběh voda – pára pokračuje znovu od začátku. Pro kondenzaci páry je nutné odebrat část její tepelné energie. K tomu slouží další uzavřený okruh, kde chladící voda, v množství 14 000 tun za hodinu, trvale cirkuluje mezi kondenzátory a chladící věží. V chladicí věži se voda rozstřikuje na malé kapky a odparem se asi 200 tun vody za jednu hodinu odvádí do ovzduší. Tepelná energie, která se takto bez užitku promarní, obvykle tvoří největší ztrátu v cyklu tepelné elektrárny. V Elektrárně Poříčí snižují tento úbytek kombinovanou výrobou elektřiny a tepla.
Pára, která v turbině předala část své tepelné energie, se odebírá a používá pro vytápění domácností i jiných zařízení. Sítí horkovodů Trutnov a Úpice a parovodu Krkonoše je zásobována teplem převážná část trutnovského regionu. U parovodu Krkonoše tvoří teplonosné medium pára, která dodává tepelnou energii až do Janských Lázní a Horního Maršova. Délka parní sítě dosahuje 38 kilometrů. Pro města Trutnov a Úpice je teplonosným médiem cirkulující horká voda. Horkovodní síť dosahuje délky 35 kilometrů. Elektrárna Poříčí disponuje celkovým teplárenským výkonem 294 MW.
Elektřina, kterou tu vyrobili, se vyvádí přes transformátory do rozsáhlé elektrické sítě. Nyní může sloužit všude tam, kde to dnes už považujeme za samozřejmé.
Autor: Petr Zrno