Odsíření je obecně proces odstranění oxidů síry vznikajících při spalování sirnatého uhlí v uhelných energetických blocích. Důraz na procesy ekologizace zdrojů, mezi které patří i odsíření, se objevil od počátku sedmdesátých let. Oxidy síry unikající při spalování do ovzduší způsobovaly kyselé deště a v místech větší koncentrace úplnou devastaci okolní přírody. Kromě přírody měly tyto látky velmi negativní vliv na zdraví obyvatelstva.
Odstranění síry z uhlí je teoreticky možné i před jeho spálením (například separací pyritické síry nebo převedením uhlí do kapalné nebo plynné fáze), ale tyto metody jsou obecně dražší a méně účinné a proto se nevyužívají. Technologicky jednodušší je odstraňování plynných oxidů síry z kouřových plynů. Dnes existují tři nejčastěji používané metody odsíření podle fáze, ve které se SO2 zachycuje:
Dalším kritériem rozdělení odsiřovacích metod je použití regenerace aktivní látky. Z tohoto hlediska se odsiřovací metody dělí na cyklické, regenerativní a na necyklické, neregenerativní procesy. Samotný proces odsíření může probíhat přímo v kotli při spalování nebo jsou odsiřovány vzniklé spaliny ve speciálním zařízení za kotlem.
Jak již název napovídá, princip metody spočívá v dávkování suchého odsiřovacího sorbentu do spalovacího zařízení. Ten přímo v ohništi nebo dále ve spalinách reaguje s přítomnými oxidy síry, přičemž dochází k adsorpci (ulpívání na povrchu) plynů na povrchu sorbentu nebo k chemické reakci oxidů síry se sorbentem. V roli sorbentu se nejčastěji používají látky obsahující vápník: oxid vápenatý CaO, vápenný hydrát Ca(OH)2, práškový vápenec CaCO3 nebo dolomit CaCO3 . MgCO3. V ohništi spalovacího zařízení se při vyšších teplotách tyto látky nejdřív mění na CaO, který následně váže síru ve formě CaSO3 a CaSO4.
Ca(OH)2 → CaO + H2O
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + SO2 + 1/2O2 → CaSO4
Účinnost odsíření klasických kotlů při suché metodě je závislá na teplotě, při které reakce probíhají, druhu sorbentu, jemnosti jeho namletí a rovnoměrnosti rozptýlení v objemu spalin. Pro suché odsíření se pohybuje přibližně od 40 do 60 %. Podstatně vyšší účinnosti odlučování SO2 se dosahuje při spalování uhlí v cirkulujícím fluidním loži (fluidní kotel). Při splnění optimálních teplotních podmínek spalování, delšího reakčního času sorbentu (je držen spolu s palivem ve vznosu) dosahuje účinnost až 95 %. Výsledkem odsíření suchou metodou jsou zrnka sorbentu pokryta síranem vápenatým, která jsou společně s popílkem zachycena v elektroodlučovačích. Někdy se pro zvýšení efektivity absorpce dávkuje do fluidního reaktoru voda, která zvlhčuje částice sorbentu a zvyšuje jejich ochotu reakce se sírou. Zároveň voda ochlazuje spaliny a udržuje jejich teplotu na vhodné úrovni.
Povrch částečky CaO se obaluje síranem vápenatým
Tato metoda využívá vápenný hydrát ve formě vodní suspenze, která je rozprášena do proudu spalin v absorbéru. Absorbér je zařízení umístěné za kotlem před odprašováním kouřových plynů. Kapičky suspenze o rozměru několika set mikrometrů obsahují vlhké částice vápna, které intenzivně reagují s oxidy síry. Teplem se následně vysuší na prášek, lehce zachytitelný v látkových filtrech nebo elektroodlučovačích. Nejdůležitějším prvkem polosuché metody je rozprašovací tryska připravené vápenné suspenze. Musí zabezpečovat důkladné a rovnoměrné rozprášení vápenného hydrátu a jeho promíchání s postupujícími spalinami. Standardní teplota spalin v absorbéru se pohybuje kolem 80 °C. Produktem odsíření polosuché metody je stejně jako u suché metody siřičitan nebo síran vápenatý, který může být společně s popílkem využit jako pomocný stavební materiál – stabilizát.
Účinnost polosuché metody odsíření kouřových plynů závisí od mnoha faktorů, především na množství a kvalitě aktivní látky sorbentu. Při polosuché metodě dochází i k dobrému odstraňování chlorovodíku a fluorovodíku z proudu spalin.
Princip mokré metody je podobný jako u polosuché metody, jen částečky absorbentu se zachyceným SO2 se nevysuší v proudu spalin, ale shromažďují se v spodní jímce absorbéru. Absorbér je v principu chemický reaktor, ve kterém se zachytávají oxidy síry ve vápencové suspenzi. Je to ocelová, vertikální, uvnitř pogumovaná válcová nádoba, vysoká až 50 metrů. Při mokré vápencové vypírce je přítomnost popílku v absorbéru nežádoucí, proto se spaliny ještě před odsířením zbavují popílku v látkových filtrech nebo elektroodlučovačích.
Trubnatý mlýn používaný pro mletí vápence v odsiřovací jednotce elektrárny Počerady
Odprášené spaliny proudí do absorbéru ve spodní části a stoupají vzhůru. Cestou jsou zkrápěny vápencovou suspenzí rozstřikovanou speciálními tryskami v několika sprchových rovinách v horní části absorbéru. V hlavní absorpční zóně reaktoru tak dochází ke styku a reakci plynného oxidu siřičitého ve spalinách s malými padajícími kapičkami vápencové suspenze. Vzniklý siřičitan nebo hydrogensiřičitan vápenatý je zachytáván společně se suspenzí ve spodní části absorbéru v jímce. Pomocí oxidačního vzduchu, vháněného do suspenze v jímce, dochází k finální oxidaci hydrogensiřičitanu na síran vápenatý (energosádrovec) a ten v dolní části jímky absorbéru krystalizuje. Malé krystalky jsou separovány ze suspenze prostřednictvím hydrocyklonů a filtrů a po vysušení tvoří dobře prodejný vedlejší energetický produkt.
Vápencová suspenze je do jímky kontinuálně doplňována ze zásobních nádrží a oběhovými čerpadly je dopravována do soustavy trubek sprchového systému s rozprašovacími tryskami, aby byla opětovně rozptýlena do proudu vypíraných spalin. V horní části absorbéru jsou instalovány eliminátory zabraňující úletu drobných kapiček suspenze se spalinami.
Na odsiřovacím zařízení během rekonstrukce elektrárny Tušimice je vidět přívodní kouřovod i výstupní sklolaminátové potrubí směřující do chladicí věže
Odsířené spaliny jsou z absorbéru vedeny buď do klasického komína, nebo do prostoru chladicí věže nad systém rozvodu chladicí vody, kde společně s parovzdušní směsí stoupají do atmosféry. Optimální teplota odsiřovacího procesu je kolem 60 °C a proto, když jsou spaliny vypouštěny do komína, musí být ještě před vypuštěním ohřáty o cca 30 °C, aby se zabezpečily dobré rozptylové podmínky. Při zaústění spalin do chladicí věže se již ohřívat nemusí.
Zaústění odsířených spalin do chladicí věže
Mokrá vápencová vypírka je nejčastěji používanou metodou při odsíření kouřových plynů uhelných elektráren. Dosahuje velmi dobrou účinnost odsíření, její hodnota se pohybuje kolem 95 %. Kromě oxidů síry odstraňuje vápencová vypírka i jiné škodlivé látky, jako jsou například kyselina chlorovodíková a fluorovodíková nebo sloučeniny těžkých kovů. Sekundární výhodou je pak konečný produkt – energosádrovec, nacházející široké využití ve stavebnictví nebo rekultivaci dobývek. I když jsou investiční náklady na mokrou vápencovou metodu vyšší, její provoz a především dopad na ekologickou situaci v místě energetického zdroje je neocenitelný.
Rekultivace dolů Bílina v Ledvicích s použitím vedlejších energetických produktů