Загрузка. Пожалуйста, подождите...
Сегодня много говорят о расширении использования альтернативных, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии – но все это перспективные источники, а в практическом плане необходимо сосредоточиться на традиционных источниках и, в первую очередь, на полномасштабном возвращении в энергетику угля.
При этом, принимая во внимание то, что уголь дешевле мазута и газа, надо также представлять, что сжигание угля на ТЭС совсем не просто обеспечивает нас энергией и получается она не очень дешевой, так как использование угля на ТЭС определяет обрастание основной технологической цепи электростанции: сжигание угля в топке котла и получение пара, с помощью турбины вращающего электрогенератор, энергия от которого выдается в систему целым букетом вспомогательных и дополнительных узлов, в том числе обеспечивающих разгрузку, хранение, приготовление и подачу на сжигание. Сюда входят железнодорожное хозяйство, вагоноопрокидыватели, тракты топливоподачи с узлами пересыпок, дробилками, бункерами, мельницами и пылесистемами. И перерабатывается угля сотни, а то и тысячи тонн в час. Уголь же рассыпается, самовозгорается, пылит, а пыль взрывается. Поэтому появляются системы пылеподавления, аспирации, гидросмыва с очистными сооружениями. Все эти дополнительные узлы увеличивают объемы и стоимость строительства ТЭС, усложняют работу эксплуатационного персонала, не обеспечивая стопроцентной гарантии безопасности и нормальных санитарно-гигиенических условий работы.
Поэтому возвращение угля в энергетику не должно быть возвратом к архаичным способам его сжигания. Нужны новые технологии, позволяющие использовать достоинства угля, но свести к минимуму сложности его применения.
Принципиально важным решением для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление из углей различных качеств, в том числе и из отходов углеобогащения, водоугольного топлива.
Идея водоугольного топлива далеко не нова. С начала 70‑х годов прошлого века в ряде стран, в том числе в США, Канаде, Италии и Китае, ведутся работы по исследованию и созданию опытно-промышленных, демонстрационных и коммерческих установок по производству и использованию ВУТ.
Впереди, похоже, Китай. Там тематикой по ВУТ занимаются три научно-исследовательских центра, работают 6 заводов по производству ВУТ, на котельных и электростанциях, сжигающих ВУТ, производится до 2 млн. кВт энергии. Намечено строительство крупного завода по производству ВУТ, утраивающего его производство. Доставка потребителям осуществляется в железнодорожных цистернах.
По имеющейся у нас информации, технология приготовления водоугольного топлива за рубежом, в том числе и в Китае, традиционная и состоит из двухступенчатого мокрого помола угля в шаровых мельницах, подмеса пластифицирующих и стабилизирующих химических присадок, подачи полученного продукта на хранение и последующее сжигание в камерных топках котлов.
Такая технология была реализована в 80‑е годы прошлого века и у нас в составе опытно-промышленного комплекса «Белово – Новосибирская ТЭЦ-5».
Опыт, к сожалению, не был доведен до конца, но определенные результаты все‑таки принес, подтвердив оптимистические надежды на водоугольное топливо и выявив его недостатки, а именно:
Наши надежды на перспективность водоугольного топлива основываются на новой технологии приготовления этого топлива, а именно – кавитатационной, характеризующейся высоким уровнем местного динамического компрессионного и температурного воздействия на обрабатываемый материал (до 2000оС и 25000 атм).
В результате твердый компонент смеси (уголь) измельчается до заданной степени дисперсности, а суспензия приобретает новые свойства, выгодно отличающие ее от получаемой традиционным способом, в том числе:
Перечисленные качественные показатели кавитационного водоугольного топлива (в дальнейшем – КаВУТ) получены в результате лабораторных исследований образцов топлива, приготовленного на действующей установке производительностью 30 т/час. Эта установка работала в течение двух лет на Енисейском ЦБК и обеспечивала водоугольным топливом котлы-утилизаторы целлюлозно-бумажного производства.
На этой установке нам удалось провести промышленный эксперимент по приготовлению КаВУТ, было переработано 39 тонн угля марки СС и получены следующие результаты:
Нами проработаны проекты узлов приготовления КаВУТ различной производительности, в результате анализа которых определены:
Вторым из выявленных недостатков опытно-промышленного сжигания ВУТ на Новосибирской ТЭЦ-5 определились как раз условия горения этого топлива, 40 часов работы сопла форсунки, необходимость подсветки факела газом или мазутом, большой недожог топлива вместе со сложностью традиционной схемы подачи водоугольного топлива на сжигание (потребность в обеспечении высокого – 16 атм – давления вязкого топлива и агента-распылителя). В КНР при больших объемах производства и сжигания ВУТ наиболее ответственным считается процесс сжигания.
Все имеющиеся сложности со сжиганием ВУТ вытекают из необходимого условия распыления суспензии до микронных размеров (120 мкм) на входе в топку. Но уже никого не удивляет «кипящий слой», и уже апробировано сжигание ВУТ в кипящем слое на небольшой котельной при Воскресенском химкомбинате.
Объединяя стационарный кипящий слой и кавитационное водоугольное топливо, мы пошли дальше. Учитывая ограниченность стационарного кипящего слоя по диапазону теплопроизводительности, с одной стороны, и необходимость поддерживания в нем достаточно низких (до 1000 оС) температур, с другой, предлагается новая схема сжигания водоугольного топлива, состоящая из двух ступеней.
Первая ступень – топка (реактор) со стационарным кипящим слоем, работающим в низкотемпературном режиме сжигания и газификации части топлива в условиях недостатка окислителя и снятии части выделяющегося в слое тепла на нагрев вторичного воздуха вне зоны реагирования.
Вторая ступень – камерная топка высокотемпературного сжигания основной массы топлива, прошедшего транзитом через кипящий слой и модифицированного под воздействием создающихся в его объеме термохимических условий, а также дожигание продуктов газификации.
Предлагаемая схема обеспечивает:
Предлагаемая схема сжигания как комбинация кипящего слоя и объемного сжигания похожа на топки с ЦКС, но использование в качестве топлива водоугольной композиции позволяет:
Для котлов малой и средней мощности объемная часть топки рекомендуется традиционной, а для больших котлов, производительностью от 700 тонн пара в час и выше, объемную часть топки целесообразно принять кольцевой, что позволит снизить высоту котла на 15–18%, его веса и стоимости почти на 30% по сравнению с котлами, оборудованными топками ЦКС, усиленно рекомендуемыми нам сверху.
Наши утверждения о достоинствах КаВУТ и двухступенчатой схемы его сжигания основываются на проектных проработках, конструкторских расчетах, лабораторных исследованиях и опытах по стендовому сжиганию водоугольного топлива в камерной топке и в топке с кипящим слоем.
По результатам последнего стендового сжигания КаВУТ на полигоне в Раменском было отмечено и занесено в протокол:
Особенно удобно технологически и выгодно экономически производить КаВУТ из высоковлажных углей (не надо сушить, чтобы сжечь в пылеугольной топке и не много нужно добавлять воды, чтобы сделать КаВУТ) или из увлажненных отходов углеобогащения.
Проведены эксперименты по получению КаВУТ из отсевов, обезвоженного кека вакуум-фильтра, шлама отстойника обогатительной фабрики разреза Черниговский и кека фильр-прессов ЦОФ «Беловская» Кемеровской области (из углей Ж, ГЖ, КС шахт Чертинская, Распадская и разреза Бачатский), теплотворная способность проб КаВУТ находилась в диапазоне от 3000 кКал/кг до 1200 кКал/кг. Но все горело и в камерной топке, но особенно хорошо – в топке с кипящим слоем.
О КаВУТ как о виде угольного топлива мы пишем и говорим уже третий год. И хотя в своей аргументации в его пользу мы в основном налегаем на выгоды энергетики, нас первыми услышали угледобытчики. И именно то, что в топливо можно превратить отходы углеобогащения.
А количество таких отходов таково, что из 1 млн тонн переработанного на обогатительных фабриках угля в отвалы уходит топлива, достаточного для выработки 20 МВт электроэнергии. И это при всех стараниях по совершенствованию технологий обогащения.
Если же ориентироваться на КаВУТ масштабно, то можно, существенно упростив технологию углеобогащения, отделяя нужное количество концентрата, все остальное превращать в КаВУТ тут же, на обогатительной фабрике, получая на выходе два продукта: концентрат и КаВУТ и никаких отходов.
Объективно рассчитанная цена такого нового продукта должна устроить и производителей, и потребителей.
Разработчик, новосибирский институт «Теплоэлектропроект», представлял котельным заводам (Бийскому заводу – по малым котлам, Подольскому – по большим) наши предложения по созданию новых котлов, специально сконструированных для сжигания КаВУТ, и получили не только одобрительные отзывы, но подтверждение готовности заводов приступить к разработке и изготовлению этих котлов по договору с заказчиком. А наши заказчики, впечатлившись технологическими преимуществами КаВУТ, экономическими и экологическими выгодами его использования, задают оригинальный вопрос: «А где это работает?» Но ответа на данный вопрос у нас пока нет. Хотя может это работать практически везде, и в кипящем слое, и при газификации, и при переводе теплогенераторов с жидкого на твердое топливо, и в обжиговых печах различного назначения.
Боюсь, что при таком ходе дела через некоторое время я смогу назвать объекты, производящие и сжигающие КаВУТ, но это будут иностранные названия.
Евгений КАРПОВ, главный инженер института «Новосибирсктеплоэлектропроект» ОАО «Сибирский ЭНТЦ», eprussia.ru
Отсутствует...
