Modernizacja instalacji w celu przygotowania Enei Elektrowni Połaniec do nowych standardów emisyjnych wynikających z konkluzji BAT (kBAT) w latach 2019-2021

IOS (Instalacja Odsiarczania Spalin) w Elektrowni Połaniec przeszła w swej historii trzy ważne etapy. Były to: budowa w latach 1995-1998, tzw. Etap II budowy IOS lata 2006-2008 oraz modernizacja w latach 2019-2021. Aby przybliżyć wyzwania przed którymi stała Elektrownia Połaniec na przestrzeni 23 lat eksploatacji IOSu, w niniejszym artykule zostaną przedstawiane w skrócie dwa pierwsze etapy oraz bardziej szczegółowo ostatni etap, czyli modernizacja zakończona w 2021 r.

Budowa w latach 1995-1998
Oryginalny projekt budowy IOS dla Elektrowni Połaniec zakładał budowę dwóch absorberów mających odsiarczać spaliny z czterech bloków energetycznych, których licencjonowanym dostawcą technologii IOS japońskiej firmy Mitsubishi Heavy Ltd. była duńska firma FLS miljo a/s.

Widok na budynek absorberów C i D oraz na część centralną budynku, w której znajduje się chemiczno-mechaniczna oczyszczalnia ścieków

IOS wybudowana została dla bloków 5, 6, 7 i 8. Już pierwsze lata eksploatacji pokazały duży potencjał eksploatowanych absorberów, zarówno pod względem hydraulicznym – mogły pomieścić znacznie więcej spalin niż ilość, dla której zostały zaprojektowane (nominalnie 2000 kNm3/h, max 2100 kNm3/h) oraz pod względem chemicznym. Absorbery bez problemu odsiarczały znacznie skuteczniej niż wielkość emisji SO2, dla której zostały zaprojektowane, czyli 400 mg SO2 na wylocie z każdego absorbera.

Etap II budowy IOS lata 2006-2008
Doświadczenie zdobyte w pierwszych latach eksploatacji IOS zaowocowało dużym projektem, tzw. II etapem i rozbudową IOS zrealizowanym w latach 2006-2008. Inwestycja wiązała się z koniecznością wybudowania nowego komina o wysokości 150 m oraz skutkowała wyłączeniem z eksploatacji dwóch istniejących kominów o wysokości 250 m. Po czym kominy te zostały skrócone do wysokości 90 m.

Zadaniem II etapu było podłączenie wspólnym kolektorem zbiorczym spalin wszystkich bloków energetycznych do IOS, tak aby odsiarczać spaliny z 6 kotłów Elektrowni Połaniec. Wymagało to przeprowadzenia szeregu modernizacji „wewnątrz” instalacji. W szczególności zmieniono charakterystyki pracy wentylatorów wspomagających, które z nominalnej wydajności 2000 kNm3/h przetłaczanych spalin podniesiono do 2750 kNm3/h (wzrost wydajności o ponad 30%) na każdym z dwóch absorberów.

Realizacja II etapu IOS

Schemat ideowy: realizacja II etapu IOS

Modernizacja IOS w ramach przygotowania Enea Elektrownia do dotrzymania standardów emisyjnych wynikających z konkluzji kBAT
17 sierpnia 2017 r. w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej opublikowana została decyzja wykonawcza Komisji Europejskiej ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do dużych obiektów energetycznego spalania.

Od tego momentu rozpoczął się 4-letni okres na dostosowanie instalacji Elektrowni Połaniec do nowych wymagań.

Inwestycja w modernizację IOS (Instalacja Odsiarczania Spalin) była owocem wieloletniej pracy zespołu osób z Pionu Remontów, Pionu Produkcji, Pionu Zarządzania Majątkiem, Pionu Ochrony Środowiska oraz Pionu Zakupów. Prace nad koncepcją rozpoczęły się równolegle z pozyskaniem informacji o pomyśle wprowadzenia przez UE nowych wymagań środowiskowych, nazywanych konkluzjami BAT, a opublikowanych w ostatecznym kształcie 17 sierpnia 2017 r. w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej.

Tabela przedstawia wymogi dotyczące emisji dwutlenku siarki, które Elektrownia Połaniec musiała spełnić w kolejnych latach

Od dnia wejścia w życie kBAT emisja SO2 wynosi dla dużych obiektów energetycznych130 mg/Nm3.

Schemat Elektrowni Połaniec z głównymi urządzeniami chroniącymi środowisko

Modernizacja IOS była częścią programu, którego celem było dostosowanie EEP (Enea Elektrownia Połaniec) do wymagań postawionych przez kBAT. Modernizacja rozpoczęła się od zatwierdzenia założeń projektu przez Grupę Enea w październiku 2018, poprzez wpisanie jej na Listę Inwestycji Strategicznych Grupy Enea, co umożliwiło EEP rozpoczęcie procesów przetargowych.
Modernizacja umożliwiła EEP dotrzymanie limitów emisji w spalinach w zakresie SO2. Uzyskana redukcja z poziomu obecnej emisji wynoszącej 200 mg/Nm3 do poziomu 130 mg/nm3 – przeliczając na wzrost sprawności odsiarczania jest to około +2%. Nie do przecenienia jest również fakt poprawy sprawności układu, który przełożył się na redukcję emisji kolejnych substancji, które od sierpnia będą nadzorowane, jak: Hg, HCl i HF.

Modernizacja IOS w sposób istotny ograniczyła wpływ EEP (Enea Elektrownia Połaniec) na środowisko naturalne. Pozwoliła EEP pracować zgodnie z wymogami prawa.

Zakres modernizacji IOS w Elektrowni Połaniec 2019-2021

Zbiorniki Absorberów IOS

Ta część instalacji została zmodernizowana w największym zakresie. Zmianie nie uległa w zasadzie tylko metoda odsiarczania – mokra wapienna, a z infrastruktury pozostało jedynie samo poszycie zbiorników, choć w wielu miejscach została wymieniona powłoka gumowa.

Przybyło bardzo wiele nowych urządzeń, jak:
– po 3 poziomy zraszania ze 416 dyszami zraszającymi na każdym z absorberów,

– kosze ssawne do wszystkich 10 pomp recyrkulacyjnych – po 5 na absorber,

– zainstalowano po jednej dodatkowej pompie recyrkulacyjnej C/DHTF30AP001,

– dwie półki sitowe po jednej na każdym absorberze.

Półka sitowa w absorberach IOS jest wykonana w postaci perforowanych koszy z materiałów odpornych na korozję: głównie polipropylenu uzupełnionego elementami z gumowanej stali i stopów na bazie niklu. Podczas przepływu spalin w kierunku górnej części absorbera, faza gazowa tworzy wraz z cieczą zalegającą na półce sitowej warstwę piany dynamicznej, która zanika po ustaniu przepływu gazu. To zjawisko w czasie normalnej pracy absorbera zwiększa powierzchnię kontaktu spalin i cieczy absorpcyjnej i poprawia skuteczność wnikania dwutlenku siarki do cieczy, a tym samym zwiększa skuteczność usuwania tego zanieczyszczenia ze spalin w absorberze. Półka sitowa stanowi rozwiązanie alternatywne wobec możliwości budowy kolejnego poziomu zraszania w absorberze.

Półka sitowa nad połka system dysz zraszających

Demister – inaczej eliminator mgły 
Niezwykle istotne urządzenie w technologii mokrej wapiennej odsiarczania – chroni inne urządzenia IOS przed zanieczyszczeniem kroplami zawiesiny gipsowej, szczególnie ważne dla sprawności wymiennika GAVO podgrzewającego spaliny na wylocie z absorbera.

Urządzenie to zostało wymienione, stary eliminator przepracował 12 lat. Ponadto zainstalowano eliminator wstępny rurowy.
Eliminatory mgły usuwają porywane przez spaliny ciecze płuczące tak, aby ograniczyć zanieczyszczenie urządzeń znajdujących się dalej na drodze spalin do komina. Mgła ze strefy rozpylania absorbera jest skraplana przez dwuetapowy eliminator mgły. Eliminator wstępny, który znajduje się najbliżej głowic systemu zraszania, wychwytuje większe cząstki, podczas gdy eliminator dokładny wychwytuje drobniejsze cząstki.

Chemiczno-mechaniczna Oczyszczalnia Ścieków
Wszystkie szkodliwe substancje wypłukane ze spalin jak metale ciężkie, chlorki, fluorki i inne kończą swoją drogę na chemicznej oczyszczalni ścieków IOS. Tutaj są neutralizowane i zamieniane na nieszkodliwe tlenki metali oraz usuwane z procesu w postaci szlamu.
Modernizacja polegała głównie na dobudowaniu trzeciej nitki oczyszczania, zainstalowaniu wirówek szlamu oraz wprowadzeniu do technologii oczyszczania układu natleniającego, który zwiększy skuteczność usuwania metali ciężkich.

Dodatkowo zaopatrzono instalację odsiarczania spalin w 2 baterie hydrocyklonów ścieków. Ich zadaniem jest odseparowanie cząstek gipsu od ścieków.
Oczyszczalnia ścieków z IOS w Elektrowni składa się z następujących obiektów:
– zbiornik buforowy ścieków nie oczyszczonych z armaturą,
– zbiornik reakcyjny z armaturą,
– separatory lamelowe z armaturą,
– filtry piaskowe z armaturą,
– zbiorniki szlamu z armaturą,
– zbiorniki dozowanych środków chemicznych z armaturą.

Hydrocyklony ścieków

Obrotowy podgrzewacz spalin GAVO
Nieoczyszczone spaliny kierowane do absorbera po przejściu przez klapę wlotową, kierowane są do obrotowego podgrzewacza spalin. Zostają tam schłodzone oddając ciepło elementom płytowym wirnika. Następnie spaliny kierowane są do absorbera.
W tym czasie ogrzane elementy płytowe wirnika przemieszczają się ruchem obrotowym na drugą stronę do wieży wylotowej. Po przejściu przez układ absorbera spaliny są powtórnie kierowane do wymiennika ciepła, gdzie tym razem są podgrzewane, odbierając ciepło z ogrzanych uprzednio elementów wymiennika. W czasie normalnej pracy i podczas przedmuchiwania sprężonym powietrzem, obrotowy podgrzewacz spalin obraca się z prędkością 1 obr./min. Obrotowy podgrzewacz spalin wyposażony jest w dwa wentylatory pomocnicze. Wentylator powietrza uszczelniającego obrotowego podgrzewacza spalin dostarcza powietrze atmosferyczne do uszczelnienia miejsc przejścia wału i lanc
czyszczących na zewnątrz podgrzewacza [22]. Zadaniem jego jest uniemożliwienie przedostawania się spalin na zewnątrz urządzenia. Wdmuchuje on oczyszczone spaliny z powrotem do centralnej części obrotowego podgrzewacza spalin w celu przeczyszczenia elementów grzewczych wymiennika (wydmuchania nie oczyszczonych spalin), nim przemieszczą się one z jednej strony obrotowego podgrzewacza spalin na drugą. Minimalizuje to możliwość wystąpienia wewnętrznych przecieków spalin.

Ma za zadanie ogrzać spaliny wylotowe z IOS do temperatury około 90oC. Jest to temperatura powyżej kwasowego punktu rosy. Chroni to kanały spalin przed erozją spowodowaną wykraplaniem się kwasów.
W procesie modernizacji pakiety GAVO oraz uszczelnienia zostały wymienione 1:1.

Booster Fan – wentylator wspomagający
Jest największym wentylatorem w Elektrowni Połaniec. Przetłacza do 3 mln m3 spalin każdy. Stanowi to równowartość pracy trzech kotłów energetycznych EP650.

Zakres modernizacji obejmował wymianę:
– stacji olejowych,
– układów wirujących.

Każdy z absorberów IOS wyposażony jest w jeden wentylator wspomagający przepływ spalin zainstalowany na kanale wylotowym oczyszczonych spalin. Oczyszczone spaliny wylotowe z absorbera po podgrzaniu w obrotowym podgrzewaczu spalin kierowane są do wentylatora wspomagającego. Został on dobrany tak, aby pokonać spadek ciśnienia występujący w absorberze IOS. Wentylator wspomagający jest jednostopniowym, osiowym wentylatorem, który posiada możliwość nastawiania kąta natarcia łopatek wirnika.

Wymiana układu wirującego

Wentylator zainstalowany jest w pozycji poziomej na kanale wylotowym spalin na wysokości ok. 16 m ponad poziomem terenu. Aby zapobiec przenoszeniu drgań, wentylator został zamontowany na ciężkiej stalowej podstawie wypełnionej betonem, która przytwierdzona jest do stalowej konstrukcji wyposażonej w tłumiki drgań. Obudowa wentylatora została wytłumiona.

Wentylator wspomagający (Booster Fan) absorbera D

Zamontowanie po jednej baterii Hydrocyklonów gipsu i hydrocyklonów ścieków na absorber
Nowa instalacja na IOS w Elektrowni Połaniec. Zespół urządzeń mających na celu wspomóc proces redukcji SO2 – tym samym zwiększyć sprawność IOS.
Zadaniem hydrocyklonów gipsu jest segregowanie uziarnienia zawiesiny gipsowej w absorberach. Ziarna gipsu o odpowiedniej granulacji są odprowadzane do układu odwadniania. Ziarna „lekkie” są zawracane ponownie do procesu odsiarczania.
Hydrocyklony ścieków mają za zadanie oddzielić gips, który zawracany jest do procesu odsiarczania, od samego ścieku, który kierowany jest na oczyszczalnię.

Wymiana klap obejściowych IOS
Klapy obejściowe kierują spaliny bezpośrednio do komina w przypadku niedyspozycyjności lub odstawienia absorbera IOS.

Pełnią zatem bardzo ważną rolę. Wymiana klap spowodowana była koniecznością zapewnienia pełnej szczelności układu spalin. „Stare” klapy poprzez zużycie eksploatacyjne posiadały nieszczelności i w wyniku przysysania spalin do komina powodowały spadek sprawności IOS.

Wnioski 
Program modernizacyjny przeprowadzony w latach 2019-2021 na IOS Elektrowni Połaniec, a skrótowo przedstawiony w niniejszym artykule – spełnił założenia. Eksploatacja 30 dniowa IOS po 17 sierpnia 2021 (data pisania artykułu) wykazała, iż większość związków chemicznych emitowanych do środowiska osiągnęła wymagane wartości emisji określone w kBAT i Pozwoleniu Zintegrowanym.
Najważniejsze z nich:
– emisja tlenków siarki (SO2). Uzyskano średnią emisję na poziomie 108 mg/Nm3 przy wymaganej normie średniorocznej 130 mg/Nm3.
– emisja HCl – średni wynik uzyskany podczas testu wyniósł 6,3 mg/Nm3 przy dopuszczalnej normie do 20 mg/Nm3.
– emisja rtęci (Hg) – osiągnięta średnia wartość to 1,5 μg/Nm3 przy dopuszczalnej wartości 4 μg/Nm3.

Opracowanie: Henryk Skotnicki, Starszy Specjalista ds. Eksploatacji Urządzeń Pozablokowych, Enea Elektrownia Połaniec S.A.