Відхилення якості біопалива з агробіомаси та технічних характеристик обладнання для його використання від розрахункових, а також незадовільні режими експлуатації установок не завжди дозволяють дотримуватись встановлених екологічних вимог. Зокрема, екологічні характеристики обладнання, що використовується в одних країнах, не дозволяє його використання в інших країнах без забезпечення державних чи місцевих екологічних норм.
Основними забруднюючими речовинами у процесі енергетичного використання біомаси, на які слід звертати особливу увагу, є:
- оксиди азоту (NOx),
- оксид вуглецю (CO),
- оксиди сірки (SOx),
- сполуки хлору,
- тверді частки.
Експлуатація об’єктів, від яких викиди речовин-забрудників перевищують гранично допустимі норми, заборонена, а юридичні та фізичні особи підлягають адміністративній відповідальності за порушення законодавства й мають вносити плату за обсяг викидів забруднюючих речовин та додатково сплачувати штрафи за перевищення дозволених обсягів викидів.
Тому виникає необхідність застосовувати методи зі зниження забруднюючих речовин у продуктах згорання з метою технічного забезпечення екологічних вимог, які принципово діляться на дві групи:
- Первинні методи, а саме організаційно-підготовчі та режимні заходи, направлені на підготовку палива та організацію процесу спалювання в топковій камері, в тому числі конструктивні рішення котлів.
- Вторинні методи, а саме заходи зі зменшення концентрації утворених забруднюючих речовин у димових газах, шляхом застосування спеціалізованого газоочисного обладнання.
Оксиди азоту (NOx) утворюються переважно шляхом окислення азотовмісних сполук, що є в паливі, та внаслідок окислення атмосферного азоту за високої температури в топці котла. Для їх скорочення, в першу чергу, застосовують первинні методи, що пов’язані із належною підготовкою палива, зменшенням температури в камері згорання, оптимізацією коефіцієнту надлишку повітря, рециркуляцією продуктів згорання, вприскуванням води та багатоступеневою подачею повітря, з яких останній є найбільш поширеними.
Для потужних установок, які спалюють палива із значними викидами оксидів азоту, можуть застосовуватись вторинні методи, до яких належать заходи хімічного очищення димових газів, а саме окислення оксидів азоту з наступним поглинанням отриманих продуктів, відновлення з використанням каталізаторів та поглинання за рахунок спеціальних сорбентів. Серед перелічених заходів найбільш перспективними є відновлювальні методи.
Наявність оксидів вуглецю (СО) у продуктах згорання вказує на неповне згорання палива в топці котла. Зменшення викидів оксидів вуглецю, як і інших продуктів хімічного недопалу біомаси (сажі, вуглеводневих сполук), також можливо здійснювати первинними методами, які зазвичай передбачають оптимізацію конструкції топки та режиму горіння.
Розділення потоку дуттьового повітря на первинний та вторинний з наступною його подачею в зону горіння палива, регулювання кількості повітря, оптимізація розмірів колосникової решітки та способів подачі палива, його подрібнення, попереднє підсушування до вологості 15-20% й запобігання перевантаження топки – все це дає можливість скоротити викиди продуктів хімічного недопалу біомаси. Зокрема, правильне налаштування подачі повітря з розподілом його вздовж решітки відповідно до розподілу палива дозволяє значно покращити вигорання та знизити викиди оксидів вуглецю (СО) в котлах.
Наявність у продуктах згорання викидів оксидів сірки та хлористих сполук залежить винятково від величини вмісту сірки та хлору в біомасі. Зокрема, підвищений вміст хлору характерний соломі, яка поглинає його з ґрунту. У процесі спалювання соломи за наявності проміжних продуктів згорання і газифікації хлористих сполук можуть утворюватися діоксини, а також токсичні фосгени (COCl2) та хлороводневі сполуки (HCl). Причиною цього є значна хімічна активність хлору та його спроможність приєднуватись до ненасичених сполук, таких як оксид вуглецю (CO).
Виніс твердих часток із продуктами згорання пов’язаний із наявністю леткої золи, яка є частиною золового залишку, що перебуває в підвішеному стані. Цей вид золи осідає на поверхнях нагріву котла, накопичується в золових бункерах та частково потрапляє в продукти згорання у вигляді твердих часток, що викидаються в атмосферу. Вміст твердих часток у продуктах згорання значно залежить від виду палива, його зольності та технології спалювання біомаси. Наприклад, найменші неконтрольовані викиди твердих часток на рівні 70 мг/м3спостерігаються під час газифікації твердої біомаси, в той час, як для технологій прямого спалювання біомаси вони можуть коливатися в діапазоні від 300 до 540 мг/м3.
Для очистки продуктів згорання від твердих часток застосовують вторинні методи, які передбачають використання систем газоочистки, таких як:
- циклони та мультициклони,
- скрубери,
- рукавні фільтри,
- електрофільтри.
Вибір їх типу та характеристик є відповідальним інженерним заходом, який базується на масових витратах димових газів (м3/год) та початкової і кінцевої концентрації твердих часток (мг/м3), що мають задовольняти гранично допустимим викидам забруднюючих речовин в атмосферу. Зокрема, для котлів на агробіомасі рекомендується використовувати двоступеневу систему очистки на основі циклонів та рукавних фільтрів, або електрофільтрів, у залежності від потужності установки.
Заходи та системи очистки димових газів призводять до зростання вартості як самого котла, так і котельні в цілому. Вартість котлів встановлюється переважно заводом-виробником у залежності від конструктивних особливостей, використаних матеріалів та оснащеності. До складу вартості котла також входять заходи зі зниження викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Тому, як правило, дорожчі котли мають кращі екологічні показники.
За матеріалами: Практичний посібник з використання біомаси у муніципальному секторі України (для представників державних установ та громадських організацій, що працюють в сфері екології) / Г.Гелетуха, Ю.Матвєєв, Є.Олійник, Д.Куций. Програма розвитку ООН. Київ, 2017. 54 с.: https://bit.ly/3iHXFcL.