Приложение IV. Технологии ограничения выбросов серы из стационарных источников

Приложение IV

к Протоколу к Конвенции 1979 года

о трансграничном загрязнении

воздуха на большие расстояния

относительно дальнейшего

сокращения выбросов серы

(Осло, 14 июня 1994 г.)

Технологии ограничения выбросов серы из стационарных источников

I. Введение

1. Настоящее приложение призвано служить руководством для определения способов и технологий ограничения выбросов серы при выполнении обязательств по настоящему Протоколу.

2. Приложение основано на информации об общих способах сокращения выбросов серы, и в частности о результатах применения технологий ограничения выбросов и связанных с этим расходах, которая содержится в официальной документации Исполнительного органа и его вспомогательных органов.

3. Если не указано иного, перечисленные меры по сокращению выбросов рассматриваются, исходя в большинстве случаев из практического опыта за несколько лет, в качестве наиболее отработанных и экономически целесообразных наилучших доступных технологий. Однако постоянно пополняющийся опыт применения малоотходных мер и технологий на новых установках, а также опыт переоборудования существующих установок потребуют регулярного пересмотра положений настоящего приложения.

4. Хотя в этом приложении перечисляется ряд мер и технологий, характеризующихся широким диапазоном издержек и показателей эффективности, его нельзя рассматривать в качестве исчерпывающего перечня возможных мер по ограничению выбросов. Кроме того, выбор мер и технологий ограничения выбросов для какого-либо конкретного случая будет зависеть от ряда факторов, включая действующее законодательство и нормативные положения, и в частности требования, предъявляемые к технологиям ограничения выбросов, структуру первичных источников энергии, индустриальную инфраструктуру, экономические факторы и условия на конкретном предприятии.

5. В этом приложении в основном обсуждаются меры по ограничению выбросов оксидов серы, рассматриваемых как сумма диоксида серы (SO2) и триоксида серы (SO3), приведенного к SO2. Доля серы, выбрасываемой либо в виде оксидов серы, либо в виде других серосодержащих соединений, в результате процессов, не связанных с горением, и от других источников мала по сравнению с выбросами серы в результате сжигания.

6. При планировании мер или технологий для источников серы, из которых происходят выбросы других компонентов, в частности оксидов азота (NOx), твердых частиц, тяжелых металлов и летучих органических соединений (ЛОС), такие меры и технологии целесообразно рассматривать в привязке к способам ограничения выбросов конкретных загрязнителей с целью максимального повышения общей эффективности мер по борьбе с загрязнением и сведения к минимуму воздействия на окружающую среду и особенно во избежание переноса проблем загрязнения воздуха на другие среды (например, сточные воды и твердые отходы).

II. Крупные стационарные источники выбросов серы

7. Процессы сжигания органического топлива являются главным источником антропогенных выбросов серы из стационарных источников. Помимо этого, значительный вклад в такие выбросы могут вносить некоторые процессы, не связанные со сжиганием топлива. Категории крупных стационарных источников на основе ЕМЕР/CORINAIR - 90 включают в себя:

i) коммунальные электростанции, вспомогательные установки по выработке энергии и районные отопительные котельные:

а) котлоагрегаты;

b) стационарные турбины внутреннего сгорания и двигатели внутреннего сгорания;

ii) установки для сжигания в коммерческом, учрежденческом и жилищном секторах:

а) котлоагрегаты коммерческого назначения;

b) индивидуальные отопительные системы;

iii) промышленные устройства сжигания и процессы, связанные с сжиганием:

а) котлоагрегаты и технологические нагреватели;

b) процессы, например, в металлургическом производстве обжиг и агломерация, коксовальные печи, обработка диоксида титана (TiO2) и т.д.;

с) производство целлюлозы;

iv) процессы, не связанные с сжиганием, например, производство серной кислоты, некоторые процессы органического синтеза, обработка металлических поверхностей;

v) добыча, переработка и распределение ископаемых видов топлива;

vi) обработка и удаление отходов, например, термическая обработка коммунально-бытовых и промышленных отходов.

8. Общие данные (1990 год) по региону ЕЭК показывают, что источником приблизительно 88% общего объема выбросов серы является все процессы сжигания (20% в результате сжигания в промышленности), 5% - производственные процессы и 7% - нефтеперерабатывающие предприятия. Энергетический сектор во многих странах является крупнейшим источником выбросов серы. В некоторых странах промышленный сектор (включая нефтепереработку) также является крупным источником выбросов SO2. Хотя выбросы нефтеперерабатывающих предприятий в регионе ЕЭК относительно малы, эти предприятия сильно влияют на выбросы серы из других источников ввиду содержания серы в нефтепродуктах. Как правило, в нефтепродуктах остается 60% серы, содержавшейся в нефти: 30% извлекается в виде элементарной серы, а 10% выбрасывается через дымовые трубы нефтеперерабатывающих предприятий.

III. Общие способы сокращения выбросов серы в результате сжигания

9.Общими способами сокращения выбросов серы являются:

i) Меры по управлению энергетикой*1:

а) энергосбережение

Рациональное использование энергии (повышение энергоэффективности/ совершенствование технологических процессов, комбинированное производство энергии и/или регулирование спроса) обычно приводит к сокращению выбросов серы.

b) структура источников энергии

Как правило, выбросы серы могут быть снижены путем увеличения в энергобалансе доли источников энергии, не связанных со сжиганием (например, гидроэнергетика, ядерная энергия, энергия ветра и т.д.). Однако при этом необходимо учитывать и другие факторы воздействия на окружающую среду.

ii) Технологические способы:

а) Переход на другие виды топлива

Количество выбросов SO2 в процессе сжигания напрямую зависит от содержания серы в используемом топливе.

Переход на другие виды топлива (например, с углей с высоким содержанием серы на угли с низким содержанием серы и/или жидкое топливо или с угля на газ) приводит к уменьшению выбросов серы, однако такой переход может сдерживаться рядом факторов, таких, как доступность топлива с низким содержанием серы и возможность перевода существующих устройств сжигания на другие виды топлива. Во многих странах ЕЭК некоторые устройства сжигания на угле или нефти заменяются газовыми установками. Переходу на другие виды топлива может способствовать использование установок, которые могут работать на нескольких видах топлива.

b) Очистка топлива

Очистка природного газа является апробированной современной технологией, которая широко применяется по причинам эксплуатационного характера.

Очистка технологического газа (кислый нефтезаводской газ, коксовый газ, биогаз и т.д.) также является апробированной современной технологией.

Десульфуризация жидкого топлива (легкая и средняя фракции) является апробированной современной технологией.

Десульфуризация тяжелых фракций технически осуществима, но требует учета характеристик неочищенного сырья. Десульфуризация поступающих в атмосферу остатков (кубовых продуктов, образующихся в атмосферных перегонных установках) при производстве жидкого топлива с низким содержанием серы не находит широкого применения; более привлекательной, как правило, является переработка неочищенного сырья с низким содержанием серы. Повысилась эффективность технологии гидрокрекинга и полного преобразования, в которой высокая степень улавливания серы сочетается с более значительным выходом легких нефтепродуктов. Число установок, применяющих технологию полного преобразования, пока еще является ограниченным. Такие установки, как правило, рекуперируют от 80 до 90% серы и преобразуют все остатки в легкие продукты или другую реализуемую продукцию. Установки этого типа потребляют больше энергии и требуют более значительных инвестиционных затрат. Данные об обычном содержании серы в продуктах нефтепереработки приводятся в таблице 1 ниже.

Таблица 1

Содержание серы в нефтепродуктах
(Содержание S (%))

Типичные современные Предполагаемые значения будущие значения

Бензин 0,1 0,05 Керосин для 0,1 0,01 воздушно-реактивных двигателей Дизельное топливо 0,05-0,3 <0,05 Топливо коммунально-бытового 0,1-0,2 0,1 назначения Жидкое топливо 0,2-3,5 <1 Морское дизельное 0,5-1,0 <0,5 топливо Флотский мазут 3,0-5,0 <1 (прибрежные районы) <2 (открытое море)

Современные технологи очистки антрацита могут обеспечивать удаление приблизительно 50% неорганической серы ( в зависимости от характеристик угля), но органическая сера при этом не удаляется. Разрабатываются более эффективные технологии, однако они связаны с более высокими удельными инвестициями и издержками. Таким образом, эффективность удаления серы путем очистки угля является ограниченной по сравнению с десульфуризацией дымовых газов. В каждой стране могут существовать свои конкретные возможности оптимизации для обеспечения наилучшего сочетания очистки топлива и очистки дымовых газов.

с) Новейшие технологии сжигания

Такие технологии сжигания, характеризующиеся повышенной теплоэффективностью и пониженным уровнем выбросов серы, включают в себя:

сжигание в кипящем слое (СКС), в том числе: барботажного типа (БСКС), рециркуляционного типа (РСКС) и под давлением (СКСД); внутрицикловую газификацию (ВЦГ); и газовые турбины комбинированного цикла (ГТКЦ).

Например, включение стационарных турбин внутреннего сгорания в системы сжигания существующих обычных электростанций может повысить общую эффективность на 5-7% и привести к значительному сокращению выбросов SO2. Однако это может потребовать существенной модификации нынешней системы горелок.

Сжигание в кипящем слое представляет собой технологию сжигания антрацита и бурого угля, но с ее использованием также могут сжигаться другие твердые топлива, как, например, нефтяной кокс и такие низкосортные виды топлива, как, например, отходы, торф и древесина. Выбросы могут быть дополнительно уменьшены в результате интегрированного управления процессом горения в системе путем добавления извести/известняка в материал слоя. Общая установленная мощность СКС достигла приблизительно 30 000 МВтТ (250 - 350 установок), в том числе 8 000 МВтТ в диапазоне мощности свыше 50 МВтТ. Утилизация и/или удаление побочных продуктов этого процесса может вызывать определенные проблемы, решение которых требует дальнейших научных разработок.

Процесс ВЦГ включает в себя газификацию угля и внутрицикловую выработку энергии в парогазовой турбине. Газифицированный уголь сжигается в камере сгорания газовой турбины. Ограничение выбросов серы достигается путем использования современных установок по очистке сырого газа на входе газовой турбины. Существует также технология для тяжелых нефтяных остатков и битумных эмульсий. Установленная мощность в настоящее время составляет приблизительно 1 000 МвтЭЛ (5 установок).

В настоящее время планируется создание газотурбинных электростанций комбинированного цикла, которые работают на природном газе и достигают показателей энергоэффективности порядка 48-52%.

d) Модификации процессов и сжигания

Модификаций сжигания, сравнимых с мерами, применяемыми для ограничения выбросов NOx, не существует, поскольку при сжигании органически и/или неорганически связанная сера почти полностью окисляется (определенная процентная доля в зависимости от характеристик топлива и технологии сжигания остается в золе).

В настоящем приложении процессы внесения сухих добавок, предназначенные для обычных котлоагрегатов, рассматриваются в качестве технологических модификаций, поскольку они сопряжены с инжекцией агента в камеру сгорания. Однако опыт показал, что при применении этих технологических процессов тепловая мощность снижается, отношение Ca/S является высоким, а уровень удаления серы - низким. Нужно учитывать возможность возникновения проблем с дальнейшей утилизацией побочного продукта, так что это решение следует обычно применять в качестве промежуточной меры и для малых установок (таблица 2).

е) Процессы десульфуризации дымового газа (ДДГ)

Эти процессы предназначены для удаления уже образовавшихся оксидов серы и относятся к мерам вторичного характера. Все применяемые в настоящее время технологические процессы обработки дымовых газов основаны на удалении серы посредством мокрой, сухой или полусухой и каталитической химической очистки.

Для обеспечения наиболее эффективной программы сокращения выбросов серы с помощью мер, дополняющих меры регулирования в энергетическом секторе, которые перечисляются в рубрике i) выше, следует рассмотреть возможность сочетания технологических методов, указанных в рубрике ii) выше.

В некоторых случаях применение методов сокращения выбросов серы может также приводить к сокращению выбросов СО2, NOx и других загрязнителей.

На коммунальных электростанциях, вспомогательных установках по выработке энергии и в районных отопительных котельных применяются, в частности, следующие процессы очистки дымовых газов: мокрая очистка с помощью извести/известняка (ИМО); распылительная сухая абсорбция (РСА); процесс Уэлмана-Лорда (УЛ); аммиачная очистка (АО); и комбинированные процессы удаления NOx/SOx (процесс с использованием активированного угля (АУ) и комбинированное каталитическое удаление NOx/SOx).

В секторе электроэнергетики на процессы ИМО и РСА приходится соответственно 85% и 10% установленной мощности ДДГ.

Некоторые новые процессы десульфуризации дымовых газов, как, например, сухая электронно-лучевая очистка (СЭЛО) и "Марк 13А", пока еще находятся в экспериментальной стадии.

Таблица 2

Уровни выбросов оксидов серы при применении различных технологических способов снижения выбросов из котлоагрегатов, работающих на ископаемом топливе

Неконтролируемые Инжекция Мокрый Распылительная выбросы добавок скруббинг сухая абсорб- a/ ция b/

Эффективность до 60 95 до 90 сокращения (%) Энергоэффективность 0,1-1 6-10 3-6 (кВт(э)/1000 м3 /ч) Общая установленная 194 000 16 000 мощность (ЕЭК Евр.) (МВт(Т)) Вид побочных Смесь солей Гипс Смесь CaSO3* продуктов Са и летучих (шлам/сточ- 1/2 Н2О и зол ные воды) летучих зол Конкретные 20-50 60-250 50-220 инвестиционные затраты (ЭКЮ (1990)/ кВт(э))

мг/ г/кВт мг/ г/кВт мг/ г/кВт мг/ г/кВт м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э)

Антрацит d/ 1000- 3,5-35 400- 1,4-14 <400 <1,4 <400 <1,4 10000 4000 (<200, <0,7 (<200, <0,7 1%S) 1%S)

Бурый уголь 1000- 4,2-84 400- 1,7- <400 <1,7 <400 <1,7 d/ 20000 8000 33,6 (<200, <0,8 (<200, <0,8 1%S) 1%S)

Мазут d/ 1000- 2,8-28 400- 1,1-11 <400 <1,1 <400 <1,1 10000 4000 (<200, <0,6 (<200, <0,6 1%S) 1%S)

Аммиачный Процесс Активирован- Комбинирован- скруббинг Уэлмана- ный уголь ный каталити- a/ Лорда а/ а/ ческий про- цесс а/

Эффективность сокращения (%) до 90 95 95 95 Энергоэффективность (кВт(э)/1000 м3/ч) 3-10 10-15 4-8 2 Общая установленная мощность (ЕЭК Евр.) (МВт(Т)) 200 2000 700 1300 Вид побоч- Аммиачные Элементарная S Элементарная S Серная кис- ных продук- удобрения Серная кисло- Серная кисло- лота (70% тов та (99% об.) та (99% об.) по массе) Конкретные инвестицион- ные затраты (ЭКЮ (1990)/ 230-270 е/ 200-300 е/ 280-320 е/ f/ 320-350 e/ кВт(э)) f/

мг/ г/кВт мг/ г/кВт мг/ г/кВт мг/ г/кВт м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э) м3 с/ ч(э)

Антрацит d/ <400 <1,4 <400 <1,4 <400 <1,4 <400 <1,4 (<200, <0,7 (<200, <0,7 (<200, <0,7 (<200, <0,7 1%S) 1%S) 1%S) 1%S)

Бурый уголь <400 <1,7 <400 <1,7 <400 <1,7 <400 <1,7 d/ (<200, <0,8 (<200, <0,8 (<200, <0,8 (<200, <0,8 1%S) 1%S) 1%S) 1%S)

Мазут d/ <400 <1,1 <400 <1,1 <400 <1,1 <400 <1,1 (<200, <0,6 (<200, <0,6 (<200, <0,6 (<200, <0,6 1%S) 1%S) 1%S) 1%S)

Примечания:

а/ При высоком содержании серы в топливе показатель эффективности удаления нуждается в корректировке. Однако такая возможность зависит от конкретного процесса. Доступность этих процессов составляют в среднем 95%.

b/ Ограниченная применимость для топлива с высоким содержанием серы.

с/ Выбросы в мг/м3 (нормальные температура и давление), в сухом состоянии, 6% кислорода для твердого топлива, 3% кислорода для жидкого топлива.

d/ Коэффициент преобразования зависит от характеристик топлива, конкретного объема дымовых газов и термальной эффективности котлоагрегата (использовались следующие коэффициенты преобразования (м /кВтэ чэ, термальная эффективность 36%): антрацит: 3,50; бурый уголь: 4,20; мазут: 2,80).

е/ Конкретные инвестиционные затраты относятся к небольшому числу выборочно взятых установок.

f/ Конкретные инвестиционные затраты включают процесс денитрификации.

Таблица составлена в основном для крупных установок сжигания в государственном энергетическом секторе. Однако варианты ограничения выбросов пригодны также для других секторов с аналогичными выбросами газов.

В таблице 2 выше показана эффективность вышеупомянутых вторичных мер на базе практического опыта, приобретенного на значительном числе введенных в действие установок. Кроме того, указывается установленная мощность, а также пределы производительности. Несмотря на сравнимость характеристик нескольких технологий борьбы с выбросами серы, конкретные факторы, присутствующие на объектах или установках, могут исключать применение данной технологии.

В таблицу 2 включены также данные о диапазоне обычных инвестиционных затрат при применении технологий борьбы с выбросами серы, указанных в подпунктах с), d), е) рубрики ii) выше. Однако при применении этих технологий в конкретных случаях следует учитывать, что инвестиционные затраты в связи с мерами по сокращению выбросов будут зависеть, среди прочего, от конкретных особенностей используемых технологий, требующихся систем ограничения выбросов, размера установки, степени требующегося сокращения и графика планового эксплуатационного обслуживания. Таким образом, в таблице приводится лишь общий разброс инвестиционных затрат. Инвестиционные затраты в связи с переоборудованием обычно превышают расходы на новые установки.

IV. Методы ограничения выбросов для других секторов

10. Методы ограничения выбросов, указанные в подпунктах а) - е) рубрики ii) пункта 9, пригодны не только для электроэнергетического сектора, но и для ряда других секторов промышленности. За несколько лет накоплен опыт их практического использования, в большинстве случаев в электроэнергетическом секторе.

11. Применение технологий борьбы с выбросами серы в промышленном секторе зависит только от конкретных ограничений, связанных с особенностями процесса в соответствующих секторах. В таблице 3 ниже представлены процессы, приводящие к значительным выбросам серы, и соответствующие меры по сокращению этих выбросов.

Таблица 3

Источник Меры по сокращению

Обжиг сульфидов цветных металлов Мокрый каталитический процесс с применением серной кислоты (МСК) Производство вискозы Двойной контактный процесс

Произовдство серной кислоты Двойной контактный процесс, повышенный выход продукции

Сульфатная варка целлюлозы Широкий круг мер внутри процесса

12. В секторах, упомянутых в таблице 3, меры, входящие в состав технологической линии, включая изменения сырьевого материала (при необходимости в сочетании с применяемым в конкретном секторе методом обработки дымовых газов), могут быть использованы для достижения наиболее эффективного сокращения выбросов серы.

13. Можно привести следующие примеры:

а) на новых установках для сульфатной варки целлюлозы может быть достигнут уровень выбросов в размере менее 1 кг серы на тонну целлюлозной массы ВС (воздушная сушка)*2;

b) на установках сульфитной вари целлюлозы может достигаться уровень 1-1,5 кг серы на тонну целлюлозной массы ВС;

с) в случае обжига сульфидов сообщалось о достижении эффективности удаления от 80 до 99% для установок производительностью 10 000 - 200 000 м3/ч ( в зависимости от процесса);

d) для одного завода по агломерации железной руды установка ДДГ производительностью 320 000 м /ч обеспечивает очистку газа до уровня ниже 100 мг SOx/норм. м3 при 6% О2;

е) в коксовальных печах достигается уровень ниже 400 мг SO2/норм. м3 при 6% О2;

f) на установках по производству серной кислоты достигается показатель преобразования, превышающий 99%;

g) модернизированные установки Клауса обеспечивают рекуперацию серы на уровне более 99%.

V. Побочные продукты и побочные эффекты

14. По мере активизации в странах региона ЕЭК деятельности по сокращению выбросов серы из стационарных источников будет также возрастать количество побочных продуктов.

15. Следует выбирать такие методы, которые приводят к получению пригодных для использования побочных продуктов. Кроме того, следует выбирать такие методы, которые приводят к повышению термоэффективности и сводят к минимуму, где это возможно, проблемы удаления отходов. Хотя большинство побочных продуктов являются пригодными для использования или рециркуляции, как, например, гипс, соли аммиака, серная кислота или сера, необходимо учитывать такие факторы, как условия рынка и стандарты качества. Необходимо совершенствовать и изучать возможности дальнейшего использования побочных продуктов процессов СКС и РСА, поскольку в некоторых странах существуют ограничения в отношении мест удаления отходов и критериев удаления.

16. Перечисленные ниже побочные эффекты не будут препятствовать применению какой-либо технологии или метода, но должны учитываться при существовании нескольких вариантов борьбы с выбросами серы:

а) потребности в энергии для процессов обработки газа;

b) коррозия в связи с образованием серной кислоты в результате реакции взаимодействия оксидов серы с водяным паром;

с) увеличение потребления воды и объема обрабатываемых сточных вод;

d) требования в отношении реактивов;

е) удаление твердых отходов.

VI. Мониторинг и представление данных

17. Меры, принимаемые для осуществления национальных стратегий и политики в области борьбы с загрязнением воздуха, включают в себя: законодательство и документы нормативного характера, экономические стимулы и антистимулы, а также технологические требования (наилучшая доступная технология).

18. Как правило, нормы устанавливаются для каждого источника выбросов, исходя из размера установки, режима эксплуатации, технологии сжигания, вида топлива и в зависимости от того, является ли эта установка действующей или новой. Иной подход заключается в предписании контрольных показателей сокращения общего объема выбросов серы из группы источников и обеспечении возможности выбора в отношении того, где принимать меры, с тем чтобы обеспечить достижение этого показателя (концепция всеобъемлющего охвата).

19. Ограничение выбросов серы уровнями, установленными в национальном рамочном законодательстве, необходимо контролировать путем использования системы постоянного мониторинга и представления данных надзорным инстанциям.

20. В настоящее время применяется несколько систем мониторинга, использующих методы как непрерывных, так и дискретных измерений. Однако требования качества разнятся. Измерения должны проводится компетентными учреждениями с использованием контрольно-измерительных систем. Достижение этой цели наилучшим образом может быть гарантировано путем использования системы сертификации.

21. При использовании современных автоматизированных систем мониторинга и контрольного оборудования представление данных не вызывает проблем. Сбор данных для последующего использования представляет собой апробированный технический метод; однако данные, которые должны представляться компетентным органам, различаются. Для достижения лучшей сопоставимости следует упорядочить ряды данных и предписаний. Унификация желательная также для гарантии качества контрольно-измерительных систем. Это следует учитывать при сравнении данных.

22. Во избежание расхождений и несоответствий следует четко определить ключевые вопросы и параметры, включая следующие:

а) определение норм, выраженных в частях на миллион по объему, мг/норм. м3, г/ГДж, кг/ч или кг/т продукта. Большую часть этих единиц необходимо рассчитать и уточнить с точки зрения температуры газа, влажности, давления, содержания кислорода или величины подводимой теплоты;

b) определение времени усреднения норм в пересчете на часы, месяцы, год;

с) определение периодов выхода из строя оборудования и соответствующих правил на случай чрезвычайных ситуаций, связанных с обходом систем мониторинга или отключением установки;

d) определение методов восполнения данных, пропущенных или утраченных в результате выхода из строя оборудования;

е) определение подлежащего измерению набора параметров. Требующаяся информация может различаться в зависимости от типа промышленного процесса. Это относится также к месту проведения измерений в пределах системы.

23. Необходимо осуществлять контроль за качеством измерений.