Cestou do komína: Ako sa merajú emisie v elektrárňach?

24/04/2017
Cestou do komína: Ako sa merajú emisie v elektrárňach?
Exkurziou do sveta oxidov dusíka, síry či uhlíka nás sprevádzal Marek Rosa, vedúci skupiny merania a analýz v Elektrárňach Nováky.

Znižovanie emisií a ochrana životného prostredia patria k hlavným cieľom Slovenských elektrární. Kvôli sprísneným emisným limitom podľa smernice Európskej únie IED investovali v roku 2015 takmer 40 miliónov eur do ekologizácie a predĺženia životnosti dvoch blokov v Elektrárňach Nováky.

Ako sa emisie dostanú z komína na papier

„Výsledky meraní a množstvo vypustených znečisťujúcich látok za predchádzajúci mesiac nahlasujeme vždy na začiatku nového mesiaca Okresnému úradu životného prostredia v Prievidzi, Slovenskej inšpekcii životného prostredia a spoločnosti Softec, ktorá ich postupuje Slovenskému hydrometeorologickému ústavu,“ vysvetľuje Ján Milo, technik životného prostredia. „Približne 10 kilometrov od elektrárne máme aj imisnú stanicu v obci Oslany. Údaje o kvalite ovzdušia môžeme sledovať online.“

Podľa zákona musia Slovenské elektrárne neustále monitorovať a dodržiavať štyri emisné limity:

  • oxidy dusíka (NOx)
  • oxid siričitý (SO2)
  • oxid uhoľnatý (CO)
  • tuhé znečisťujúce látky (TZL)

Pozrite si: Výpuste elektrární do životného prostredia


Zaujíma nás však, ako konkrétne sa emisie merajú. Stretávame sa pri emisnom kontajneri pri prevádzke odsírenia a dnu nás uvedie Marek Rosa, vedúci skupiny merania a analýz v Elektrárňach Nováky. Malé počítačové stredisko, štyri „skrine“ so spleťou káblikov.

„Počas ekologizácie blokov č. 1 a 2 sme v roku 2015 rekonštruovali aj automatizovaný monitorovací systém (AMS). Jeho hlavnou funkciou, ako už z názvu vyplýva, je monitorovanie,“ objasňuje Marek.

Systém zberá a kontroluje údaje z nepretržitého merania. Na základe výstupných hodnôt z neho operátori v riadiacej miestnosti upravujú niektoré nastavenia kotlov resp. samotných blokov v Novákoch. Limity sú hodinové, denné a mesačné.

Emisné limity platné od januára 2016
  Oxidy dusíka
NOx
Tuhé znečisťujúce
látky (prach)
Oxid siričitý
SO2
Oxid uhoľnatý
CO
Bloky č. 1 a 2 ENO B 200 mg/Nm3 20 mg/Nm3 200 mg/Nm3 250 mg/Nm3
Fluidný kotol ENO A 200 mg/Nm3 25 mg/Nm3 250 mg/Nm3 250 mg/Nm3

Čo sa za týmito údajmi skrýva?

Emisné limity sú stanovené ako hmotnostné koncentrácie znečisťujúcich látok na normované metre kubické (Nm3) pri obsahu 6 % kyslíka v suchom plyne spalín. Keďže plyn mení teplotou a tlakom svoj objem, musí sa určiť jeho koncentrácia pri referenčných hodnotách. Normovaný meter kubický plynu je dosiahnutý pri tlaku 101,3 kilopascal a teplote 0 °C.

„Množstvo spalín a prachu sa meria priamo v dymovode vo vlhkom plyne obsahujúcom vodu. Nakoľko sú emisné limity stanovené na suchý plyn zbavený vlhkosti, je potrebné odrátať z toho vodu. Inak by sme nesprávne vykazovali množstvo emisií, vo viac zriedenom vzduchu by sme mali nižšie hodnoty. Naše prístroje merajú štandardne pri 8 – 10 percentách kyslíka, čiže celé to ešte musíme prerátať na 6-percentný kyslík,“ hovorí Marek.

SO2, CO2, NOx a suchého O2 meria analyzátor Servomex ServoPro 4900 na odsírení hodnoty CO2 meria analyzátor Dr. Födisch MGA 12.

SO2, CO, NOx a suchý O2 meria na odsírení analyzátor Servomex ServoPro 4900. Hodnoty CO2 meria analyzátor Dr. Födisch MGA 12.


Prístroje na meranie emisií sú umiestnené na spalinovode fluidného kotla FK 1 ENO A, štyroch spalinovodoch blokov č. 1 a 2 ENO B a za odsírením spalín blokov. Majú samostatné analyzátory CO, CO2, NOx, SO2, kyslíka v suchom plyne, prachu, prietoku, teploty a tlaku spalín. Spalinovod odsírenia a fluidného kotla má navyše analyzátor kyslíka vo vlhkom plyne.

Recispaliny

Potrubie recispalín blokov č. 1 a 2 má samostatné meranie prietoku, teploty a tlaku. Recispaliny sú takou „novinkou“ v elektrárni – potrubie bolo postavené počas ekologizácie v roku 2015. Slúžia na redukciu oxidov dusíka, ide o jedno z primárnych opatrení zameraných na zníženie prebytočného kyslíka.

„Časť spalín vystupujúca z kotla sa totiž vracia opäť nazad, preto potrebujeme vedieť jej množstvo. Aby sme dostali presný údaj o množstve spalín vstupujúcich do komína, množstvo recispalín je odrátané od množstva spalín vystupujúcich priamo z kotlov.“

Marek Rosa
vedúci skupiny merania a analýz v Elektrárňach Nováky

Marek nám na dymovodoch ukazuje sondu, ktorá slúži na odber vzorky spalín putujúcej do emisného kontajnera vyhrievaným vedením. V kontajneri je malá chladnička, kde sa plyn schladí, skondenzovaná voda zo vzorky sa odsaje do plastovej nádoby. Nad chladničkou je čerpadlo, ktoré ťahá vzorku do meracích prístrojov.

Chladnička na schladenie plynnej vzorky. Skondenzovaná voda zo vzorky sa odsaje do plastovej nádoby.

Chladnička na schladenie plynnej vzorky. Skondenzovaná voda zo vzorky sa odsaje do plastovej nádoby.


Na displeji vidíme aktuálnu koncentráciu SO2, CO, NOx a kyslíka v suchých spalinách. Hodnota sa zobrazuje na displeji v pípíemoch (ppm – parts per milion), čo je v podstate určitý počet molekúl na milión molekúl v danej vzorke. Údaj musí byť ešte prerátaný na hmotnostnú koncentráciu danej látky. Na ďalšej obrazovke sú hodnoty CO2, ktoré meria analyzátor Dr. Födisch MGA 12 využívajúci princíp infračervenej absorpcie.

Presúvame sa z kontajnera na odsírení do druhého pri blokoch č. 1 a 2. Prístroje na meranie tuhých znečisťujúcich látok, tzv. „prachomery“, ako ich Marek nazýva, sú umiestnené priamo v dymovode.

Analyzátory SICK Dusthunter DH-T100 na spalinovodoch bloku č. 2 na meranie prachu.

Analyzátory SICK Dusthunter DH-T100 na spalinovodoch bloku č. 2 na meranie prachu.


„Používame tu špeciálne odberové sondy, tzv. denoxové. Do spaľovacej komory totiž vstrekujeme roztok močoviny na likvidáciu oxidov dusíka, z ktorého čiastočne vzniká tepelným rozkladom amoniak. Ten vytvorí reakciou s oxidmi síry hydrogénsíran amónny, ktorý by bez špeciálnych sond upchal hadicu,“ hovorí Marek. „Na spalinovode odsírenia je prachomer umiestnený z vonkajšej strany potrubia, nie priamo v dymovode ako je tomu na blokoch č. 1 a 2. Čerpadlo odsaje vzorku spalín z dymovodu, v komore prístroja sa odmeria prach optickým spôsobom presvietením a vzorka sa následne vráti naspäť do dymovodu.“

Rýchlosť spalín meria ultrazvuk

Prietok, čiže rýchlosť spalín meria bezkontaktný ultrazvukový analyzátor. Diagonálne oproti sebe v dymovode vidíme dve ultrazvukové sondy, ktoré vysielajú ultrazvuk raz v smere spalín, raz proti smeru.

„Na základe rozdielov časov je vyrátaná rýchlosť spalín. Keďže poznáme prierez dymovodu, vypočítame množstvo vypustených spalín. Senzory sú izolované od dymového plynu prostredníctvom ofukového vzduchu a merajú rýchlosť prietoku priamo,“ vysvetľuje Marek.

Meranie prietoku spalín na potrubí recispalín blokov. Ultrazvukový analyzátor Durag.

Meranie prietoku spalín na potrubí recispalín blokov. Ultrazvukový analyzátor Durag.


Ďalším sledovaným údajom je vlhkosť spalín. Na spalinovodoch blokov č. 1 a 2 však nie je kontinuálne meranie. „Pre prepočet koncentrácií a prietokov z vlhkých na suché spaliny využívame konštantu stanovenú každý rok pri funkčných skúškach,“ objasňuje M. Rosa.

Odmerať vodu v spalinách nie je totiž vôbec jednoduché a lacné. „V spalinovode odsírenia a fluidného kotla máme prístroj, ktorý meria hodnotu kyslíka v mokrých spalinách priamo v potrubí,“ hovorí vedúci skupiny merania a analýz v Elektrárňach Nováky. Kyslík v suchých spalinách nameria ďalší analyzátor. Na základe porovnania oboch meraných signálov sa potom vyhodnotí koncentrácia vlhkosti vo vzorke.

Modernizované

Signály zo všetkých prístrojov sú vyvedené aj do existujúceho riadiaceho systému Ovation, ktorý bol na nováckych blokoch č. 1 a 2 rekonštruovaný v priebehu rokov 2010 a 2011. Zber a spracovanie dát sú riešené komplexne pre AMS fluidného kotla, blokov ENO B a odsírenia.

Systém je navrhnutý tak, aby sa v prípade poruchy spustil náhradný server bez prerušenia akýchkoľvek funkcií. Komunikačné trasy sú zaslučkované, čím sa zaistí neprerušený prenos dát. Vymenený bol aj systém vyhodnocovania meraní, od zberu nameraných dát až po generovanie výsledných emisných protokolov pre životné prostredie v zmysle platnej legislatívy.