Po co elektrowniom kamień?
Polska elektroenergetyka jest dostosowana do spalania bardzo złej jakości węgla, zawierającego nawet duże ilości kamienia. Jeżeli nie przestawimy się na spalanie wstępnie oczyszczonego węgla, to wprowadzanie efektywnych, korzystniejszych dla środowiska technologii węglowych pozostanie czystą... teorią.
W Stanach Zjednoczonych od kilkunastu lat działa program technologii czystego węgla (Clean Coal Technology). Składa się on z wielu etapów. Pierwszy dotyczy oczyszczania węgla przed spalaniem. Etap ten w Stanach Zjednoczonych został już zakończony i obecnie nie prowadzi się większych badań w tym zakresie.
Oznacza to, że do procesów spalania nie trafia już węgiel zawierający ziarna kamienia i o ograniczonej zawartości siarki. Takie produkty uzyskuje się w procesach głębokiego wzbogacania węgla. Prof. Wiesław Blaschke z Politechniki Śląskiej i Polskiej Akademii Nauk wskazuje, że także w większości krajów tzw. 15, czyli "starej" Unii Europejskiej nie zużywa się węgla marnej jakości (zanieczyszczonego kamieniem), ponieważ spalanie kamienia jest nonsensem technologicznym i ekonomicznym.
Profesor Blaschke podkreśla, że oczyszczanie węgla to pierwszy etap na drodze do osiągnięcia czystych technologii jego wykorzystywania. Po jego opanowaniu rozwiązuje się problemy związane z następnymi etapami (doskonalenie metod spalania, oczyszczanie spalin, nowe konwersje węgla - zgazowanie, upłynnianie, piroliza, wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla). - W Polsce wciąż nie rozwiązaliśmy problemów związanych z pierwszym etapem - oczyszczania węgla przed spalaniem. W zakładach wzbogacania węgla, które istnieją w prawie wszystkich kopalniach, można usuwać z węgla surowego kamień trafiający do urobku w trakcie procesów eksploatacyjnych. Niestety, nie zawsze cały węgiel surowy trafia do procesów przeróbczych - mówi prof. Wiesław Blaschke.
Kamień na pył
Przypomina, że kamień kierowany wraz z węglem do spalania powoduje komplikacje technologiczne i wzrost kosztów produkcji ciepła i energii elektrycznej. Kamień ten trzeba zmielić na pył, gdyż elektrownie posiadają kotły pyłowe, potem w procesach spalania traci się energię cieplną na ogrzewanie kamienia. Pył kamienny trzeba usunąć ze spalin, powstały popiół i żużel trzeba składować lub zagospodarować.
- Niestety, polska elektroenergetyka jest dostosowana - to relikt przeszłości i braku modernizacji - do spalania bardzo złej jakości węgla, zawierającego nawet duże ilości kamienia. Jeżeli, poprzez modernizację, nie przestawimy się na spalanie czystego węgla, to nie mówmy o czystych technologiach węglowych. Nie poprawimy też efektywności czystej produkcji energii - dodaje Wiesław Blaschke. Jego zdaniem, dla górnictwa najwygodniejsze jest kierowanie do sprzedaży takiego węgla, jaki się wydobędzie na powierzchnię. Jeżeli są odbiorcy, którzy ten węgiel chcą kupić, to po co kopalnie mają ponosić koszty wzbogacania węgla, oczyszczania wód używanych w procesach przeróbczych oraz zagospodarowania kamienia?
Podkreśla, że na pierwszym etapie czystych technologii trzeba też zwrócić uwagę, że wszystko zaczyna się już od eksploatacji węgla. Procesy eksploatacji trzeba tak prowadzić, aby do urobku nie kierować kamienia z przybierki spągu i stropu. Nie trzeba go będzie potem usuwać w procesach wzbogacania. To trudne, ale możliwe.
Na drugim etapie czystych technologii węgla - doskonalenia procesów spalania - elektroenergetyka powinna w swoich planach modernizacyjnych przewidzieć możliwość wymiany kotłów na takie, które pozwalałyby na spalanie czystego węgla, nie zanieczyszczonego kamieniem.
- W gospodarce rynkowej o wszystkim decyduje rachunek ekonomiczny. Taki rachunek powinien być przeprowadzony wspólnie przez górników, przeróbkarzy i elektroenergetyków, a także specjalistów od ochrony środowiska. Wówczas możliwe byłoby określenie, jakie rozwiązania dotyczące jakości węgla kierowanego do spalania będą najtańsze. Niestety, takich kompleksowych rachunków kosztów ciągnionych od eksploatacji węgla po dystrybucję energii nie wykonano.
Są rachunki cząstkowe, pokazujące na przykład, że usunięcie kamienia z węgla i jego zagospodarowanie przed procesami spalania jest 6-7 razy tańsze niż usunięcie i zagospodarowanie popiołu i żużla po spalaniu - przekonuje prof. Blaschke.
Wspomina on, że o tym problemie mówi się już od kilkudziesięciu lat. Jednak, jak przekonuje, trzeba by powołać zespół międzyresortowy i uzgodnić, kto ma sfinansować takie prace.
- Powinniśmy wspólnie przedyskutować problem, przeprowadzić badania i analizy, a następnie zoptymalizować cały proces - dodaje. Krajowe górnictwo węgla kamiennego i oparta na nim energetyka będą musiały konkurować z pozostałymi w Unii producentami energii. Wygrają ci, którzy produkt finalny, tzn. energię elektryczną, wyprodukują po najniższych kosztach - przestrzegając przy tym rozporządzeń Unii Europejskiej. Tu nie może być już partykularnych interesów górnictwa czy energetyki. Problem trzeba rozwiązać kompleksowo.
Ubogie wzbogacanie
Największy krajowy producent węgla kamiennego - Kompania Węglowa - nie wzbogaca całości wydobywanego przez siebie węgla. W kopalniach KW działają 22 zakłady przeróbcze, ponadto w 15 kopalniach spółki pracują zakłady wzbogacania miału węglowego, a kolejny zakład budowany jest w kopalni Piast. Od stycznia do końca sierpnia br. KW wydobyła 32 mln ton węgla, w tym czasie wyprodukowano 14,2 mln ton koncentratu ze wzbogacenia mechanicznego. Węgla niewzbogaconego w tym okresie było 16,8 mln ton. W wyniku wzbogacania powstało także 10,1 mln ton odpadów, z czego 9,5 mln ton odpadów z płuczek i 506 tys. ton odpadów z flotacji.
Część odpadów jest wykorzystywanych przez kopalnie do celów rekultywacyjnych, odpady są także sprzedawane odbiorcom zewnętrznym stosującym je do prac inżynierskich. Nawet jeśli ceny sprzedaży odpadów powstających w wyniku wzbogacania węgla nie są bardzo wysokie, jest to opłacalne, ponieważ kopalnie unikają kosztów składowania. Lepiej wygląda sytuacja w Jastrzębskiej Spółce Węglowej, gdzie we wszystkich kopalniach funkcjonują zakłady przeróbcze, które wzbogacają całość wydobywanego węgla.
Wydobycie węgla w kopalniach JSW w pierwszym półroczu 2007 r. kształtowało się na poziomie 6,2 mln ton, z czego 5,2 mln ton to węgiel koksowy, a 1 mln ton to węgiel energetyczny. W pierwszym półroczu 2007 r. JSW w wyniku wzbogacania węgla wytworzyła 5,2 mln ton odpadów, z czego odbiorcom zewnętrznym przekazane zostało 224,3 tys. ton. Pozostałe odpady spółka zagospodarowuje we własnym zakresie. W 2006 r. JSW wydobyła 13,3 mln ton węgla, tegoroczne wydobycie planowane jest na poziomie około 12,2 mln ton. Przeciętnie spółka wytwarza około 10 mln ton skały płonnej rocznie, z czego 500 tysięcy ton zagospodarowywane jest na dole kopalni, a pozostała ilość na powierzchni.
W roku 2006 JSW przekazała indywidualnym odbiorcom i firmom zewnętrznym 260 tysięcy ton odpadów, które są wykorzystywane do niwelowania terenów, utwardzania nawierzchni dróg, placów i nasypów kolejowych, a także do likwidacji zalewisk. Także we wszystkich kopalniach Katowickiej Grupy Kapitałowej (Katowicki Holding Węglowy i kopalnia Kazimierz-Juliusz) oraz Południowego Koncernu Węglowego funkcjonują zakłady przeróbcze.
Jak sobie radzą elektrownie?
Największym krajowym producentem energii elektrycznej, spalającym węgiel kamienny, jest Południowy Koncern Energetyczny. W elektrowniach i elektrociepłowniach PKE zainstalowanych jest kilkanaście różnych typów jednostek wytwórczych przystosowanych głównie do spalania węgli złej jakości. Duże zróżnicowanie typów jednostek wytwórczych jest wynikiem uwarunkowań historycznych oraz potrzeb, dla jakich te jednostki wytwórcze instalowano.
- Generalnie istniejące kotły można podzielić ze względu na zastosowany sposób spalania na kotły pyłowe i kotły fluidalne. Kotły fluidalne umożliwiają spalanie węgla o zdecydowanie gorszych parametrach jakościowych od spalanego w kotłach pyłowych. Pozwalają także na dodawanie do procesu spalania mułów węglowych. Każdy z rodzajów kotłów energetycznych pyłowych projektowany jest dla określonych rodzajów węgla, np. kotły zainstalowane w Elektrowni Jaworzno III, umożliwiające wyprodukowanie na godzinę ok. 650 ton pary i zasilenie w nią turbozespołu o mocy 220 MW, projektowane były na węgiel pochodzący z kopalń jaworznicko-tyskich - wyjaśnia Alojzy Debudaj z biura logistyki i zakupu paliw PKE. Jednostki o podobnej wydajności zainstalowane w Łaziskach są zaprojektowane na węgiel łazisko-gliwicki.
Jak wskazuje Debudaj, wspólną cechą tych rodzajów węgla jest zapopielenie, a więc zawartość kamienia w dostarczonym do kotła poprzez układ młynowy pyle węglowym powinna oscylować w przedziale 17-25 proc.
- Jeżeli zawartość kamienia będzie znacznie wyższa, to jego pozostałości po spaleniu zachowają się jak papier ścierny, powodując przecieranie rur wewnątrz kotła i konieczność odstawienia uszkodzonego kotła do naprawy. Jeżeli w mieszaninie paliwowej, jaką podajemy do kotła, zabraknie popiołu, to ulegnie zachwianiu cały proces spalania - dodaje Debudaj.
Podkreśla jednocześnie, że współczesna technika pozwoliła na doskonałe wręcz wychwycenie w elektrofiltrach pyłu popiołów. Sprawność tych urządzeń wynosi 99,9 proc. Przedstawiciel PKE przekonuje, że obecnie zniknął też problem zagospodarowania popiołów i żużli. Część z nich trafia do przemysłu materiałów budowlanych, część służy do wypełniania pustych zrobów powstałych po wydobyciu węgla, część wykorzystana jest przy budowie dróg.
Energetycy przekonują, że tego typu odpady zmieniły swój charakter i stały się pełnowartościowymi produktami, o jakie mocno zabiegają firmy zajmujące się ich dalszym przerobem. Alojzy Debudaj dodaje, że w węglu jest obok kamienia także balast siarkowy. Siarka jest integralnie z węglem związana, jej zawartość jest różna w zależności od eksploatowanych złóż, np. pokłady węgla w kopalniach znajdujących się w obszarze byłej Nadwiślańskiej Spółki Węglowej mają zasiarczenie zdecydowanie wyższe niż np. pokłady nisko zasiarczonego węgla, jakie eksploatują kopalnie wchodzące w skład Katowickiego Holdingu Węglowego.
- Najwięcej węgla możliwego do pozyskania w Polsce zalega w obrębie pokładów zasiarczonych, stąd elektrownie zmuszone zostały do budowy instalacji do odsiarczania spalin - przypomina Alojzy Debudaj.
W PKE nie wszystkie jednostki wytwórcze zostały wyposażone w kosztowne instalacje odsiarczeniowe. Dlatego też, aby dotrzymać nałożonych na wytwórców energii norm emisji gazów, głównie dwutlenku siarki, w części jednostek bez takich instalacji trzeba spalać węgiel o niższym poziomie zawartości siarki. Ten problem dotyczy głównie jednostek starszych, których z racji naturalnego zużycia nie warto wyposażać w instalacje do odsiarczania gazów.
- Nowo budowane jednostki wytwórcze, mające na celu odtworzenie mocy po starych kotłach z bardzo niską sprawnością, przygotowane są od strony zastosowanych technologii do osiągania bardzo wysokiej sprawności i wyposażone są w urządzenia pozwalające na dotrzymanie najwyższych, światowych norm emisyjnych - przekonuje przedstawiciel PKE.
Dariusz Ciepiela
