Сероочистващи системи

ЕкологияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2008

Част I - нормативни изисквания, енергийни и технологични мероприятия за ограничаването им


Развитието на индустриалния сектор неминуемо води до увеличение потреблението на горива. Всички отрасли на промишлеността - енергетика, металургия, химия, нефтохимия и т.н., са консуматори на горива, при преработването на които се отделят вредни вещества. Киселинните дъждове, смогът, глобалното затопляне, разрушаването на озоновия слой са резултати от негативното влияние, което тези вещества оказват върху околната среда. Известно е, например, че серните окиси са сред основните причинители на киселинните дъждове. Серните окиси са продукт на процесите на изгаряне на твърди или течни горива с високо сярно съдържание. Основен техен източник са съответно електро- и топлоцентралите, металургията, химическата промишленост и други индустриални производства, изгарящи предимно въглища или нефт.

Характеристики на серния диоксид
Серният диоксид е безцветен, разяждащ кисел газ, които при попадане в атмосферата, под въздействието на слънчевата светлина, встъпва в каталитическа или фотохимическа реакция с други замърсяващи вещества. В резултат на това взаимодействие се образуват SO3, сярна киселина и сулфати. При реакцията на серния диоксид с водните пари в атмосферата се получават киселинни дъждове.
В атмосферата серният диоксид се среща под две форми – течен и газообразен. И в двете си форми той допринася за увреждането на растителността, разлагането на почвите, разрушаването на строителните материали и речните потоци. Процесът от образуването на серния диоксид до неговото разпадане в атмосферата е с продължителност няколко часа. Затова се приема, че опасността от замърсяване със серен диоксид има предимно локален характер и по-рядко регионален. Но макар че по-голямата част от серния диоксид се натрупва в близост до самите източници, немалко количество се пренася на значителни разстояния.
Част от серния диоксид, който се изхвърля в атмосферата, се оксидира, превръщайки се в сулфат. Обикновено нивата на превръщане на серния диоксид в сулфат се движат от 0,1 до 10% за час. В близост до източника преобладава газовата фаза, която се връща към земята под формата на газове и частици, които се отлагат в близост до източника - обикновено в обхват от около 300 км. Течната фаза се пренася на по-големи разстояния и е основна причина за трансграничното замърсяване.
Разстоянието, на което ще бъдат пренесени, и необходимият за това период от време зависят от височината на комина и ветровите атмосферни условия. По принцип използването на високи комини в индустриални производства, за които е характерно отделянето на серни окиси, води до намаляване на локалното замърсяване на въздуха, но спомага и за транспортирането на тези замърсявания на големи разстояния и замърсяване на райони, отдалечени от източника.

Влияние върху околната среда
Серният диоксид, заедно с азотните оксиди, са основни причинители на киселинните дъждове. Обикновено жизненият цикъл на серните оксиди включва следните етапи – изхвърляне, разпръскване, транспортиране, химическо преобразуване и накрая - отлагането им върху земната повърхност.
Отлагането на големи количества серен диоксид върху земната повърхност може да доведе до промяна на киселинността на водните басейни и почвите. Това оказва негативно влияние на екосистемите. Киселинността във водните басейни е определящ фактор за размера на популацията и съществуването на водната екосистема. Химичният състав на почвите и подпочвените води влияе върху правилното развитие на растенията. Отлагането на серен диоксид в почвата разширява обхвата на естествените окислителни процеси, протичащи в нея, което води до намаляване на необходимите за растенията хранителни вещества. Серният диоксид е и основната причина за унищожаването на огромни територии гори. В редки случаи, в местности, бедни на сулфати, допълнително неголямо количество серен диоксид би могло да окаже и благотворно влияние върху растителността.

Ефекти върху здравето
Серният диоксид постъпва в организма чрез респираторната система. При кратковременна експозиция, той засяга преди всичко дихателната система. При високи концентрации абсорбцията му в горните дихателни пътища достига до 90%. По-ниска е абсорбцията в по-ниските отдели на дихателната система. Отрицателните ефекти на серния диоксид се проявяват с нарушения на дишането и имунната защита на белия дроб, както и с белодробни заболявания. Киселинните замърсявания влияят върху човешкото здраве директно и индиректно, чрез храната и водата.

Нормативна рамка в областта
С приемането на България за член на ЕС, законовата и нормативната ни база в областта бе хармонизирана с общоевропейските изисквания. Нормативната рамка се регламентира от Наредба 9 (приета на 3.05.1999 г., обнародвана в ДВ, бр. 46 от 18.05.1999 г., в сила от 1.01.2000 г., изм. и доп., ДВ бр. 86 от 28.10.2005 г., в сила от 1.01.2006 г.). Документът се отнася за норми за серен диоксид, азотен диоксид, фини прахови частици и олово в атмосферния въздух. Наредбата е на МИОСВ и МЗ. Определяща за нормативната рамка е и Директива 99/30/ЕС, отнасяща се за пределно допустимите стойности за серен диоксид, азотни оксиди, прахови частици и олово в околния въздух. Тя урежда норми за нивата на серен диоксид, както и алармени прагове. Установява норми за оценка нивата на серен диоксид в атмосферния въздух, включително регистрирането, обработката и съхранението на резултатите и данните от извършената оценка. Рамката в областта се формира и от Наредба 7 от 1999 г. за оценка и управление качеството на атмосферния въздух. В документа са регламентирани нормите за предоставяне на информация на населението за нивата на серния диоксид в атмосферния въздух. Установени са норми за подобряването качеството на атмосферния въздух (КАВ) в районите, в които е налице превишаване на нормите и поддържането му в останалите райони. Съгласно тази наредба, нормите и алармените прагове за серен диоксид (чл. 1, т. 1 и 2) се определят като маса, съдържаща се в един кубически метър въздух при нормални условия (температура 293 К и налягане 101,3 kPa) в съответствие със Закона за чистотата на атмосферния въздух (чл. 4, ал. 3).

Средночасовата норма за опазване на човешкото здраве
за период на осредняване един час е 350 mg/m3. Съгласно изискванията, тя не трябва да бъде превишавана повече от 24 пъти в рамките на една календарна година. Допустимото отклонение при влизане на Наредба 7 сила е 150 mg/m3. Регламентирани са намаляващи линейно отклонения от 1 януари 2001 г. с последващи периоди от 12 месеца до 0% към 1 януари 2005 г.
Средноденонощната норма за опазване на човешкото здраве за 24 часа е 125 mg/m3. Тя не трябва да бъде превишавана повече от 3 пъти в рамките на една календарна година. Допустимото отклонение, при влизане на наредбата в сила, е 25 mg/m3 (25 %). Въведени са намаляващи линейно отклонения от 1 януари 2001 г. с продължителност 12 месеца до 0% към 1 януари 2005 г.
Нормата за опазване на природните екосистеми (не се прилага в непосредствена близост до източниците) за една календарна година и зима (от 1 октомври до 31 март на следващата година) е 20 mg/m3 без допустимо отклонение. Датата, към която нормата следва да бъде спазена, е 3 години от влизане на наредбата в сила.

Аларменият праг
Аларменият праг за серен диоксид  е 500 mg/m3. Те следва да са измерени през три последователни часа в пунктове за мониторинг, които са представителни за качеството на въздуха в не по-малко от 100 km2 или в целия район или агломерация, независимо от това, коя от указаните територии е най-малка.
При превишаване на алармения праг в определен район компетентните органи, съгласно чл. 19 Закона за чистотата на атмосферния въздух, предприемат необходимите мерки за своевременно предоставяне на населението на съответната информация. Тя следва да включва дата, час и място на събитието, прогноза относно очакваните изменения в нивата (подобряване, стабилизиране или влошаване), причини за превишаване и очаквани промени, засегната географска област, както и продължителност. Към информацията, която следва да се предостави се отнасят чувствителните групи от населението и предпазните мерки, които следва да бъдат предприети от засегнатите чувствителни групи от населението. Предоставяната информация следва да бъде съгласувана със съответните компетентни органи на МЗ.
При извършване на непрекъснати измервания за определяне средночасовото ниво на серния диоксид в атмосферния въздух в агломерации първоначалните резултати и данни от измерванията се осредняват и регистрират като средни стойности за период 10 минути. Последните се съхраняват в националната база данни на Изпълнителната агенция по околна среда (ИАОС).

Изискванията към мощните инсталации са по-високи
Според нормативната база, нормите за допустими емисии (НДЕ) представляват допустимото количество вещество, съдържащо се в отпадъчните газове от горивната инсталация, което може да бъде изпускано в атмосферния въздух през определен период от време. Регламентирани са в Наредба 10 от 6.10.2003 г. за норми за допустими емисии, концентрации в отпадъчни газове на серен диоксид, азотни оксиди и общ прах, изпускани в атмосферния въздух от големи горивни инсталации. Документът е на МОСВ, МИ, МЕЕР, МРРБ и МЗ. Разпоредбите на тази наредба се прилагат за всички големи горивни инсталации с номинална топлинна мощност, по-голяма или равна на 50 MWh, независимо от вида на използваното в тях гориво - твърдо, течно или газообразно.
Нормите за допустими емисии (НДЕ) на серен диоксид за нови и съществуващи големи горивни инсталации се изразяват в mg/N куб.м. Приета е обратнопропорционална зависимост между допустимата концентрация емисии на серен диоксид и капацитета на горивните съоръжения, т.е. изискванията към по-мощните инсталации са съответно много по-високи.

Препоръчвани мероприятия за ограничаването им
Препоръчваните мерки за намаляване на изхвърляните в атмосферата серни емисии са енергийни и технологични - според анекс IV от приетия от МОСВ протокол към Конвенцията за трансграничното замърсяване на въздуха на далечни разстояния, по отношение намаляването на серните емисии. Протоколът бе ратифициран със закон от XXXIX Народно събрание на 20 април 2005 г. (ДВ, бр. 38 от 2005 г., в сила от 3 октомври 2005 г.).
Към енергийните мерки се отнасят провеждането на енергиен мениджмънт. Към технологичните възможности се включват смяната на горивото или неговото пречистване посредством различни технологии. Препоръчва се също използването на съвременни горивни технологии, характеризиращи се с подобрена топлинна ефективност и намалени серни емисии, като например изгаряне в кипящ слой, включително от барбутажен тип, рециркулационен тип и изгаряне под налягане в кипящ слой. За подходящо средство се смята и интегрираната газификация с комбиниран цикъл и газовите турбини с комбиниран цикъл.
Изгаряне в кипящ слой. Представлява горивна технология, прилагана предимно при изгарянето на антрацитни и кафяви въглища. Подходяща е и за изгаряне на други твърди горива, като нефтен кокс и нискокачествени горива. Например, горими отпадъци, торф и дърва. Допълнително намаляване на емисиите може да се постигне и чрез интегрирано управление на горивния процес в системата, посредством добавяне на вар/варовик към материала на слоя. Като недостатък на тази технология се посочват отделящите се странични продукти от процеса, които могат да причинят проблеми по отношение на използването и/или депонирането им.
Процес на интегрирана газификация с комбиниран цикъл. Този процес включва газификация на въглища и комбиниран цикъл за генериране на енергия в газова и парна турбина. Газифицираните въглища се изгарят в горивната камера на газовата турбина. За намаляване на серните емисии се използват технологии за очистване на суровия газ в съоръжения, разположени преди подаването му в газовата турбина. Съществува и технология за тежки нефтени отпадъци и битумни емулсии.
Десулфуризация. Процесите за десулфуризация на димни газове целят отстраняването на вече образувани серни оксиди, поради което се наричат още вторични мерки. Съвременните технологии за обработка на димните газове се основават на отстраняването на сярата чрез мокри, сухи или полусухи и каталитични химични процеси.
В различните сектори се използват различни процеси за обработка на димните газове. В топлоелектрическите централи, например, тези процеси обикновено включват - мокро очистване с вар/ варовик (МПВ); абсорбция със сухо впръскване (АСВ); метод на Уелман Лорд (УЛ); промиване с амоняк (ПА); комбинирани процеси за отстраняване на NOx/SOx (процес с активен въглен (АВ) и отстраняване на NOx/SOx с комбиниран катализатор). Разработени са и редица нови процеси за десулфуризация на димни газове, като сухо очистване с електронен лъч (СОЕЛ) и Марк 13A.
Модификациите на процеса на горене, които също представляват метод, отнасящ се към групата на технологичните мероприятия не са много подходящи за серните окиси, тъй като по време на горенето органично и/или неорганично свързаната сяра се окислява почти напълно (в зависимост от свойствата на горивото и технологията на изгаряне, определен процент остава в пепелта).
Добре е да се има предвид, че с увеличаване на усилията за намаляване на серните емисии от неподвижни източници нарастват и количествата на вторичните продукти. Това налага да се избират възможности, които биха довели до

използваеми вторични продукти
Препоръчително е да се избират възможности, които водят до повишена топлинна ефективност и свеждат до минимум проблема с депонирането на отпадъците. Независимо, че повечето вторични продукти могат да се използват или да се рециклират като гипс, амониеви соли, сярна киселина или сяра, следва да се отчитат с нужното внимание фактори, като пазарните условия и стандартите за качество.

Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.




Top