Efikasno i ekološki prihvatljivo gazdovanje pepelom sa termoelektrana

Proizvodnja električne energije u termoelektranama, koje koriste ugalj kao pogonsko gorivo, pored složenog tehnološkog procesa u transformaciji energije, opterećena je i izrazito nepovoljnim uticajem na životnu sredinu. Pored složenih postrojenja za otprašivanje dimnih gasova i smanjenje sumpornih i azotnih oksida, poseban ekološki problem je transport i skladištenje ostataka sagorevanja uglja – pepela i šljake. U Srbiji se poslednjih godina prosečno godišnje deponuje oko osam miliona tona pepela i šljake, a mali deo - oko 2,5 % se koristi u industriji cementa.

U ovom radu navodimo ekološke probleme stare tehnologije istakanja i eksploatacije deponije pepela i šljake, kao i mogućnosti unapređenja pojedinih tehničkih rešenja - primenom savremenih koncepcija postrojenja sa savremenim tehnologijama prikupljanja i suvog transporta  pepela i šljake uz kontrolisano odlaganje na deponiji termoelektrane u kojoj se ugalj sagoreva.

Ovako se radi sada u većini termoelektrana

U Srbiji i regionu se sada primenjuje tehnologija prikupljanja suvog pepela iz elektrofiltera, prikupljanje vlažne šljkake ispod ložišta kotla, pneumatski transport do silosa, a zatim hidraulični transport hidromešavine i istakanje na deponiji. Osnovni problem je korišćene velike količine vode za transport, kao i korišćenje višestruko većih količina vode za prskanje deponovanog materijla i odražavanje ekološki prihvatljivih uslova na deponiji.

Deponija pepela sa delimično rekultivisanim kosinama deponovanog pepela i aktivnom površinom za istakanje hidromešavine pepela i vode.

U pojedinim nepovoljnim meteorološkim uslovima termoeletrane EPS-a su suočene sa ozbiljnim problemaima ekslpoatacije zbog zagađenja životne sredine. Slični problemi su prisutni i u drugim evropskim zemljama.

Opis sadašnjeg prikupljanja pepela i šljake i unutrašnji transport do silosa

Pepeo ispod elektrofitera se pneumatskim koritima gravitacino prikuplja u čeličnim bocama iz kojih se pod pritiskom vazduha potiskuje kroz cevovod do silosa. Ova vrsta pneumatskog transporta je periodični stubni transport, koji karakteriše velika sabijenost materijala koji vrši i veliko habanje elementata cevovoda i armature. Šljaka i pepeo iz ložišta kotla se pokretnom rešetkom ubacuju u kadu sa vodom gde se hlade i grabuljastim transporterima izbacuju u drobilicu, a zatim na trakaste transportere kojim se odvoze u silos za šljaku.

Iz odvojenih silosa je predviđeno da se deo pepela ili šljake može izdvojiti za komercijalnu prodaju.

Priprema guste hidromešavine i transport do deponije

Iz silosa se pepeo i šljaka pneumatskim instalacijama dovode do postrojenja za mešanje sa vodom kako bi se ostvarila gusta mešavina u približnom odnosu 1:1 (u praksi je odnos 1:1,3 - pepeo i šljaka prema vodi).

Hidromešavina se potisnim pumpama transportuje kroz cevovode do deponije, gde se istače na nekoliko istakačkih mesta, raspoređenih po obodnom nasipu kasete (vidi slike).

Istakanje guste hidromešaine na površinu deponije

Istakanje hidromešavine vode I šljake ( odnos 15: 1)

Problemi eksploatacije deponije usled istakanja hidromešavine

Hidraulični transport zahteva veliku količinu vode pa je odlaganje guste mešavine moguće samo istakanjem na većem broju mesta na dovoljnoj udaljenosti od obodnih nasipa. Istakanje hidromešavine na većem broju mesta zahteva veliki prostor površine od 100 do 200 hektara, na kome se formira centralno jezero koje delimično sprečava razvejavanje čvrstih čestica pod uticajem vetra. Ostali deo između jezera i obodnih nasipa se prska vodom, posebnom instalacijom sa topovima (vidi sliku). Za potrebe prskanja deponije koristi se velika količina vode, oko tri puta više od količine vode za hidromešavinu. Ovako velika potrošnja vode znatno povećava operativne troškove proizvodnje električne energije i ujedno ima značajan uticaj na kvalitet podzemnih voda u zoni deponije.

Deponija na kojoj se vrši istakanje hdromešavine uz prskanje vodom velikih suvih površina

Savremena primena suvog transporta

Pneumatski suvi transport sa vazduhom  se upotrebljava u svim industriskim granama za materiale koji su pogodni za transportovanje sa vazduhom, izbegavajući vodu koja pomešana sa određenim materijalima nije ekološki prihvatljiva (pepeo ,šljaka...). Sistemi pneumatskog transporta su instalirani u mnogim evropskim i svetskim postrojenjima cementne industrije i termoelektranama, a tehničko rešenje opisano u daljem tekstu primenjeno je u termoeletrani u Estoniji i Rusiji.

Prikupljanje pepela ispod elektrofiltera i pneumatski transport do silosa za pepeo

Pepeo ispod elektrofiltera, kojim se vrši otprašivanje dimnih gasova, prikuplja se sistemom pužnih ili grabuljastih transpotrtera - redlera, koji su potpuno zatvoreni, čime se ostvaruje čista tehnologija kao osnovni ekološki zahtev u savremenim postrojenjima. Pepeo se transportuje do sabirnog bunkera ispod koga se nalazi dozator – ejektor. Na ulazu u ejektor dovodi se vazduh iz kompresora pod pritiskom.

Kompresorska stanica

Dozator se sastoji od rotora sa sektorima kojima se u ejektor kontinualno, regulisanim brojem obrtaja određuje količina i ubacuje pepeo koji se se meša sa vazduhom i potiskuje transportnim cevovodom do silosa.

Sklop: dozator - ejektor

Ejektorska cev

Odnos vazduha i pepela je oko 1:5 do 1:10 u zavisnosti od kapaciteta i dužine transporta.

Na kraju ejektora se vrši usmeravanje mešavine vazduha i pepela i ravnomerno raspoređuje po porečnom preseku transportnog cevovoda. Ova vrsta pneumatskog transporta (leteći transport - materijal leti sa vazduhom), gde je brzina vazduha uvek veća od brzine materijala, ima niz prednosti zbog jednostavnog tehničkog rešenja (kompresor, dozator – ejektor i transportni cevovod), sa specijalnim konstrukcijama, koje znatno smanjuju abrazije pojedinih elemenata.

Odnos materijala i transportnog vazduha za pojedina rešenja pneumatskih transporta

Vazduh koji se koristi u pneumatskom transportu se prečišćava kroz vrećaste filtere na vrhu silosa i ispušta u atmosferu. Ispod silosa za pepeo je moguće ugraditi reverzibilni pužni transporter za utovar u vozila za komercijalnu prodaju.

Prikupljanje pepela i šljake ispod ložišta kotla i transport do silosa za šljaku

Pepeo i šljaka ispod ložišta kotla se prikupljaju i padaju kroz dihtovani kompezator direktno u dvostruki pužni transporter, čiji se omotači i centarlne cevi hlade vodom bez kontakta sa materijalom, a zatim zatvorenim grabuljastim transporterom – redlerom transportuje do dvostepene drobilice.

Dupli pužni transporter sa hlađenjem vodom

Iz drobilice se šljaka transportuje do dozatora iz koga se regulisano ubacuje u ejektor u kome se meša sa vazduhom koji pod pritiskom iz kompresora struji kroz cevovod do silosa za šljaku. Vazduh koji se koristi u pneumatskom transportu se prečišćava kroz vrećaste filtere i ispušta u atmosferu. Ispod silosa je moguće reverzibilnim pužnim transporterom izdvajati šljaku za komercijalnu prodaju. Značajno je napomenuti da se za hlađenje dvostrukog pužnog transportera koristi  postojeća instalacija kojom se hladi i lančasti transporter koji ubacuje ohlađenu šljaku i pepeo u drobilicu. Dvostruki pužni transporter  kao i lančasti transporter  su izrađeni su od specijalnog materiala otpornog na temparature i abraziju. Temparatura materiala je manja od 200 °C pre ulaska u drobilicu. Zavisno od temparature rashladne vode i količine šljake,  cirkulacija vode po potrebi se može vršiti preko hladnjaka i ohladiti do željene temparature. Vreme hlađenja materijala na željenu temparaturu zavisi od niza faktora koji se analiziraju za svaki poseban slučaj.

Model prikupljanja i unutrašnji pneumatski transport pepela od elektrofitera do silosa

Pneumatski transport pepela i šljake i odlaganje na deponiji

Iz silosa se pepeo i šljaka regulisano dovode u zajednički dozator – ejector, u kome se vrši mešanje sa vazduhom koji potiskuje kompresor u cevovod kojim transportuje do odlagališta. Na odlagalištu, odnosno na kraju pneumatskog transportera, mešavina vazduha, pepela i šljake se uvodi u ciklonski separator (SKRUBER) sa ubrizgavanjem vode kroz mlaznice smeštene po obimu separatora (sl. 11) gde se formira vodena zavesa. Uloga SKRUBERA je odvajanje vazduha od smeše pepela i šljake, kao i kontrolisano vlaženje materijala sa 10% do maksimalno 20% vode od ukupnog kapaciteta materiala da bi se sprečilo razvejavanje u toku odlaganja. Isti princip pneumatskog transporta i odlaganja na deponiji može se primeniti i za transport gipsa ili mešavine gipsa sa pepelom i šljakom.

Vodeni separator – SKRUBER

Ovlaženi materijal se izdvaja na dnu SKRUBERA, a očišćeni vazduh izlazi na vrhu ciklona u atmosferu. Ovlaženi materijal iz SKRUBERA pada na pokretni pužni transporter kojim se materijal transportuje do grabuljastog transportera-redlera, na prijemnoj katarci samohodnog odlagača.

Samohodni odlagač - Redler

Na odlagališnoj katarki odlagača je, takođe, grabuljasti transporter, sa nekoliko otvora na donjoj strani za odlaganje materijala. Na ciklonskom separatoru SKRUBERU moguće je sa vodom dodavati i materijale koji ubrzavaju procese trajnog vezivanja čestica pepela i šljake, čime se sprečava razvejavanje odloženog materijala pod uticajem vetra.

Šema sistema za prikupljanje, pneumatski transport i odlaganje pepela i šljake (gipsa)

Na unutrašnjem transportu od elektrane do silosa i na spoljnem transportu od silosa do deponije, postoji mogućnost prelaska transporta sa radne na rezervnu liniju pomoću automatskog dvokrakog i visekrakog automatskog ventila.

Dvokraki automatski ventil na transportnom cevovodu

U toku pomeranja SKRUBERA i odlagača – redlera ili u slučaju kvara dela opreme, pomoću dvokrakog automatskog ventila materijal se transportuje direktno na deponiju preko DEFLEKTORA opremljenog vodenim diznama za ovlaživanje transportnog materijala.

Deflektor

Nova tehnologija kontrolisanog odlaganja materijala na deponiji

Samohodni odlagač kojim se vrši odlaganje ovlažene mešavine pepela, šljake (i gipsa) je sličan klasičnim odlagačima koji se koriste u rudarstvu na površinskoj eksploataciji. Jedina razlika da se umesto trakastih transportera koriste grabuljasti (lančasti) transporteri, pa se ovakva sprava naziva Odlagač - Redler. Prijemna i odložna katarka sa redlerima mogu se pokretati u vertikalnoj i horizontalnoj ravni kao kod standardnih odlagača, što omogućava odlaganje u dubinskom i visinskom radu. Kompletan uređaj je postavljen na pokretnoj platformi sa gusenicama i elektromotornim pogonima.

Odlaganje je moguće vršiti tehnologijom prilagođenoj geomehaničkim, geološkim i tehnološkim parametrima za primenu mikro – tehnologije odlaganja. Ovom tehnologijom odlaganja sa Odlagačem - Redlerom moguće je postići završne kosine i završne površine, na kojima se mogu odmah primeniti savremene metode rekultivacije. Manji deo aktivnih radnih površina, na kojima se vrši odlaganje moguće je privremeno zaštiti od uticaja vetra i eliminisati ekološki uticaj na okolinu. Ako se ispod odlagališta primeni adekvatna zaštita podzemnih voda, mogu se eliminisati negativni uticaji na životnu sredinu.

Prednosti novog kontrolisanog načina odlaganja mešavine pepela i šljake (gipsa)

Transportovana mešavina pepela i šljake se odlaže na ograničenom prostoru male površine oko 50 ari u visinskoj i dubinskoj etaži. Odlaganje se vrši u kontinuitetu u nastupanju i formira se završna površina odlaganja koja se može odmah trajno rekultivisati, kada se odlagač pomeri na novo mesto odlaganja. Na površine odlagališta od 100 hektara moguće je odložiti nekoliko desetina miliona tona pepela i šljake uz primenu svih mera sigurnosti u radu i stabilnosti deponovanog materijala.

Primena Odlagača - Redlera moguća je i za odlaganje materijala koji se transportuje kao hidro mešavina pepela i vode, koja se postojećim instalacijama istače na većem broju mesta na deponiji površine od 100 do 200 hektara. Za primenu Odlagača - Redlera potrebno je prijemnu katarku posebno konstruisati, kako bi se odvojila tečna faza mešavine, a vlažna masa bi se preko odložne katarke odlagala prema opisanoj tehnologiji. Deo tečne faze bi se posle taloženja, u posebnom taložniku, prebacio na prijemnu katarku, a voda vraćala i koristila za ostale tehnološke potrebe.

Efekti pneumatskog transporta pepela i nove tehnologije kontrolisanog odlaganja

Osnovna prednost opisanog pneumatskog transporta je da se pepeo i šlјaka prikuplјaju ispod elektrofiltera i ložišta kotla u suvom stanju i u zatvorenom sistemu pneumatskih transportera transportuju do odvojenih silosa. Istim načinom se pepeo i šlјaka pneumatski transportuju pomešani od silosa do deponije. Ovaj način transporta i odlaganja na deponiji ne zahteva velike količine vode (osim minimalno na SKRUBERU), čime se znatno smanjuje i uticaj na životnu sredinu. Odlaganje ovlaženog materijala na deponiji se obavlja na malom prostoru, na kome se mogu primeniti efikasne mere zaštite životne sredine. Posebno je izbegnuta izuzetno velika upotreba vode za prskanje obodnog nasipa i suvih površina uz održavanje „vodenog ogledala“ - jezera na centralnom delu odlagališta.

Ekonomski efekti:

• Manja investiciona ulaganja u izgradnji u zavisnosti od instalisanog kapaciteta.
• Manja potrošnja električne energije, jer nema transporta velikih količina vode od elektrane do deponije i u suprotnom smeru.
• Značajno smanjena upotreba vode za prskanje velikih površina na kaseti u kojoj se istače hidromešavina pepela i šljake.
• Znatno manji troškovi nadzora i održavanja odlagališta pepela i manje takse za korišćenje vode.

Ekološki efekti:

• Prikuplјanje, unutrašnji transport od elektrane do silosa i utovar pepela u kamione obavlja se u potpuno zatvorenom sistemu bez zagađenja životne sredine.
• Pneumatskim transportom pepela, šljake (i gipsa) od silosa do deponije obezbeđen je siguran i ekološki prihvatljiv spoljni transport van termoelektrane.
• Korišćenje vode je minimalno na kraju sistema samo za vlaženje materijala koji se odlaže, pa je postignut minimalan  uticaj na kvalitet podzemnih voda i vodotokova u blizini deponije.
• Ova tehnologija odlaganja pepela i šlјake zahteva mali radni prostor - od 30 do 50 ari. Na malom prostoru odlaganja moguće je odmah primeniti mere rekultivacije i zaštite. Ovo je izuzetno važno jer postojeće deponije imaju površine od 100 do 600 hektara. Tako veliki prostor je teško u svakom trenutku održavati u ekološki prihvatlјivim uslovima.
• Ako se zahteva brzo vezivanje čestica pepela i šlјake moguće je ubrizgavanje raznih vrsta tečnih sredstava,  preko "skrubera" koji se nalazi na odlagalištu
• Primena odlagača za deponovanje ovlaženog pepela na ograničenom prostoru omogućava brza rešenja za primenu mera rekultivacije, što značajno poboljšava kvalitet vazduha u naseljenim mestima u blizini deponije.

Tehnički efekti:

• Sistem čine uređaji koji su trenutno najsavremeniji u oblasti pneumatskog transporta.
• Izbacuje se zastarela i neefikasna oprema, koja u tehnološkom procesu zagađuje životnu sredinu.
• Pouzdanost u radu ovakvog sistema je maksimalna, jer je sistem skoro potpuno automatizovan.
• Primenom specifičnih konstruktivnih rešenja za izradu elemenata za transport  izloženim habanju i uz korišćenje savremenih materijala znatno je produžen radni vek kompletnog sistema.
• Predloženim sistemom mogu se savladati sva rastojanja unutar termoelektrane, kao i do odlagališta, kako u horizontalnim pravcima tako i po zahtevanoj visini na trasi pneumatskog transportera.

Tehnološki efekti:

• Značajno je pojednostavlјen kompletan sistem prikuplјanja i transporta pepela i šljake uz poboljšanja tehnološkog procesa posebno ispod ložišta kotla.
• Tehnološka linija sistema omogućava pored privremenog skladištenja i mogućnost odvoženja pepela i šlјake direktnim utovarom u vagon ili auto cisterne.
• Kapacitet tehnološke linije pneumatskog transporta moguće je prilagoditi svim instalisanim snagama termo kapaciteta.
• Isti princip se može primeniti za prikuplјanje i transport gipsa, kao produkta procesa odsumporavanja dimnih gasova. Gips se može deponovati ili komercijalno prodavati.
• Moguće je, takođe, koristiti pneumatski transporter za zajednički transport pepela, šlјake i gipsa do deponije i kontrolisano odlagati.

Zaključak

Vlada Republike Srbije i Elektroprivreda Srbije tokom poslednjih petnaest godina poklanjaju veliku pažnju i ulažu značajna sredstva za tehnologije koje doprinose očuvanju životne sredine, posebno u termoelektranama u kojima je lignit osnovni energent. U narednom periodu planirana su značajna sredstva za rekonstrukciju i modernizaciju većine termo blokova u cilju produženja radnog veka postrojenja i sprovođenju važećih direktiva za očuvanje životne sredine. Opisana tehnologija prikupljanja i pneumatskog transporta suvog pepela i šljake, uz kontrolisano odlaganje na deponijama u potpunosti odgovara ekološkim uslovima za modernizaciju postrojenja, a neka navedena tehnička rešenja se mogu primeniti na postojećim sistemima uz prihvatljiva ulaganja.

Uz to, naglašavamo da je u sve strožijim ekološkim zahtevima u industriji korišćenje vode negativan factor, zbog čegase sve manje upotrebljava u tehnoloskim procesima. Vazduh se sve više primenjuje u savremenoj tehnologiji zbog jednostavnog procesa odvajanja od štetnih materija (primenom elektrofiltera, automatskih vrećastih filtera, ciklona – Skrubera…).

Kontrolisano lokalno odlaganje pepela i šljake, kao i gipsa, na deponiji je nemoguće ako se transport obavlja sadašnjom tehnologijom sa upotrebom vode. Vazno je napomenuti i da za komercijane potrebe šljaka i pepeo moraju biti suvi.

Iako pneumatski suvi transport u određenim slučajevima koristi više energije od ostalih vidova transporta, on je uvek rentabilniji, ekoloski opravdaniji, jednostavniji i ekonomičniji za odrzavanje i posle 20 godina funkcionisanja.

(Autori: Boris Tasić, dipl. inž. mašinstva , Dragoljub Laković, dipl. inž. rudarstva, Ratko Borikić, prof. tehnike i Zoran Božović, dipl. inž. elektrotehnike.)