16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/107/8323.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 15-16 (107-108) август 2008 года

Уголь как хорошо забытое будущее

Тема номера К. т. н. Игорь ДУБРОВИН, к. т. н. Евгений ДУБРОВИН

Россия занимает первое место в мире по разведанным запасам угля. Тем не менее за последние тридцать лет использование этого топлива в нашей стране значительно сократилось. Сейчас отдельные регионы РФ сидят на «газовой игле», а это при прекращении подачи газообразного топлива или при низких температурах атмосферного воздуха (-25 °С и менее) уже приводило и в последующем может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций.

Повсеместная замена угля жидким и газообразным топливом привела к снижению его доли в топливном балансе нашей страны до 8‑10 процентов.

В то же время потребление угля в экономически развитых странах увеличилось на 200 процентов и продолжает повышаться. В настоящее время около сорока процентов всей электрической энергии – например, в Великобритании, США, Франции и Канаде – вырабатывается за счет сжигания угля. По прогнозам, потребление этого вида топлива в развитых странах мира должно достигнуть к 2020 году около 250 процентов от уровня 1975 года.



Почему не используется уголь?

Снижение доли потребления угля в России вызвано рядом объективных причин: большими объемами добычи нефти и газа; сложностью, трудоемкостью и невысокой автоматизацией процесса топливоподготовки; устаревшими технологиями и длительностью технологии подготовки угля к сжиганию; количеством обслуживающего персонала; относительно невысокой калорийностью угля; значительной долей в угле негорючих минеральных включений и примесей, в том числе – и образующих экологически опасные вещества при воздействии разных температур в процессе химических реакций; образованием большого количества твердосвязанных золо-, шлако- и коксоотложениий на поверхностях нагрева в процессе сжигания; техническими трудностями в эксплуатации топливного хозяйства сжигающих установок; высокими затратами на техническое обслуживание и другими причинами. Кроме того, немаловажными факторами сокращения потребления угля явились глубокие кризисные явления в российской экономике 1990‑х годов, потеря высококвалифицированных специалистов и низкий уровень внедрения эффективных технологий подготовки и сжигания угля.



Преимущества использования

Уголь является самым распространенным в России природным ископаемым. При этом его добыча осуществляется в основном открытым способом, поэтому данный вид твердого топлива – самое дешевое в нашей стране горючее. Использование угля по сравнению с применением жидкого или газообразного топлива не требует герметичных высоконапорных перекачивающих и подающих систем и резервуаров: хранение и подача угля на сжигание – менее взрывопожароопасная операция, чем аналогичные процессы с жидким и газообразным топливом; самая высокая калорийность горючей части; более простое топливное хозяйство.

Есть и другие преимущества. Положительным моментом в использовании данного вида топлива являются его огромные природные запасы, превышающие запасы нефти и природного газа. Это необходимо использовать для экономического подъема России.

В условиях постоянного удорожания углеводородных энергоносителей использование угля является наиболее экономически выгодным в различных отраслях экономики РФ, особенно в угледобывающих регионах.



Почему не внедряются новые технологии?

Перевод российской энергетики на жидкое и газообразное топливо привел к снижению объемов промышленного потребления угля и пониженному интересу к данному виду горючего. В связи с этим прекратилось внедрение современных технологий, давно применяемых в экономически развитых странах.

Невостребованность связана также с отсутствием финансовых средств на научные разработки, с резким сокращением количества ученых и инженеров, работающих по угольной тематике, и недопониманием данного вопроса.

Одним из аргументов против использования угля является высокий уровень вредных выбросов продуктов сгорания. Однако новые технологии у нас в стране разрабатывались и разрабатываются до сих пор.

Чтобы завтра не было дефицита тепла и света, необходимо уже сегодня создать условия ученым и выделить средства для внедрения существующих новых технологий.



Особенности сгорания

Известно, что любое углеводородное топливо, включая и уголь, горит в газообразном состоянии. При этом эффективность процесса горения (т. е. наибольшее количество получаемой тепловой энергии) наряду с другими факторами определяется соотношением углерода и водорода (С/Н) в горючей части топлива.

Однако, в отличие от газообразного или жидкого углеводородного топлива, на качество процесса горения угля и количество получаемой при этом энергии большее влияние оказывает структура горючего, форма и размеры угольных частиц, влагосодержание угля и другие факторы.

Для первичного нагрева, прогрева и воспламенения угольных частиц требуется подвод тепловой энергии – так называемая подсветка – в противном случае процесс горения прекращается. Горение угля начинается тогда, когда достигается температура окисления углерода (около +950...+1050 °С), а газообразные продукты, образовавшиеся в результате выхода летучих веществ, не препятствуют доступу кислорода воздуха к сгораемому топливу.

При подводе тепла к угольным частицам быстро нагревается их тонкий поверхностный слой и равномерно прогреваются их внутренние слои. При этом воздух диффундирует во внутренние слои горючего, что приводит к его светимости, медленному и равномерному разложению, выходу значительного количества летучих составляющих, а также к выделению тепловой энергии.



Технологии сжигания

Технологии подготовки и сжигания угля развивались в течение XIX и XX веков по мере увеличения объемов его промышленного потребления.

На сегодняшний день применяется множество технологий подготовки и сжигания угля. Однако практический интерес представляют технологии, сочетающие в себе как высокую экономическую эффективность, так и высокую экологическую чистоту. К таким технологиям следует отнести:
• псевдофакельное сжигание пылеугольновоздушной смеси;
• факельное сжигание угольноводяной суспензии;
• сжигание угля в кипящем слое;
• низкотемпературный вихревой способ сжигания.

Рассмотрим эти технологии более подробно.



Псевдофакельное сжигание

Подготовка угля к данному способу сжигания заключается в сухом помоле исходного топлива с влажностью до 21 процента в центробежных мельницах до получения однородных угольных частиц со средним размером (дисперсностью) 50‑300 мкм, образующих угольную пыль.

Приготовленная пыль поступает в вибрирующий сборный бункер‑сепаратор, где угольные частицы размером более 70 мкм отводятся назад в мельницу, а частицы с размером 50‑70 и менее мкм всасываются струйным аппаратом, прокачиваемым подогретым (до температуры +300 °С и более) воздухом, приготавливая при этом сухую пылеугольновоздушную смесь (ПУВС).

Далее ПУВС подается воздухом к топливным горелкам со сниженным выходом оксидов азота.

С помощью горелок смесь распыляется в топочном объеме и зажигается, образуя факел, похожий на мазутный. Для первичного нагрева угольных частиц и постоянного поддержания процесса горения под корневую часть факела непрерывно подается небольшое количество жидкого или газообразного топлива, образуя подсветку.

Псевдофакельное горение угля имеет гомогенный характер, в результате чего суммарная площадь контакта горючего и окислителя максимально возможная, а коэффициент избытка воздуха для организации горения данного вида топлива – минимальный и составляет не более 1,3.

Рассмотренная технология подготовки и сжигания угля показала свою высокую эколого-экономическую эффективность в котлах большой мощности ТЭС Великобритании, в частности Eggborough и Longannet, и в котельных установках крупных ТЭС Франции, США, Канады и Тайваня.

Технологический процесс псевдофакельного сжигания угля постоянно совершенствуется в экспериментальных центрах Mitsui Babcock и Ratcliffe, расположенных в Шотландии и Англии.



Факельное сжигание

Впервые этот способ сжигания угля был предложен, разработан и опробован в России.

Подготовка угля к сжиганию включает помол исходного топлива в шаровых или барабанных мельницах до получения однородных угольных частиц размером не более 40‑50 мкм.

После этого полученная угольная пыль смешивается с пресной водой и готовится грубодисперсная углеводяная суспензия (УВС), включающая 65‑70 процентов угля и 30‑35 процентов воды.

Далее УВС винтовыми насосами подается на форсунки топливных горелок, которые распыляют суспензию в топку котла в виде факела.

В качестве распыляющей среды применяется как пар, так и воздух. Воспламенение факела углеводяной суспензии производится мазутом, подаваемым растопочной форсункой, и по достижении ее устойчивого гомогенного горения подача мазута прекращается, и растопочная форсунка отключается. Последующее горение УВС идет без подсветки.

Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля указанным способом составляет не более 1,2. Технология факельного сжигания углеводяной суспензии подтвердила свою высокую эколого-экономическую эффективность в энергетических котлах Беловской ГРЭС и Новосибирской ТЭЦ-5 (Россия).

Кроме того, данная технология сжигания угля применяется в США, Канаде, Японии, Швеции, Китае и Италии. В настоящее время Китай активно продвигает представленную технологию подготовки и сжигания угля на мировом энергетическом рынке.



Сжигание в кипящем слое

Для реализации способа сжигания угля в кипящем слое производится дробление топлива до получения частиц размером не более 25‑30 миллиметров.

Размельченный уголь подается транспортером в бункер, из которого с помощью скребкового питателя подается в район первой дутьевой зоны решетки.

Одновременно часть воздуха (около 60 процентов), подогретого в воздухоподогревателе, дутьевым вентилятором нагнетается в дутьевые зоны под колосниковую решетку через зазоры между колосниками для формирования высокотемпературного кипящего слоя и организации процесса сгорания угля.

Оставшийся воздух (около 40 процентов) подается в сопла вторичного дутья для дожигания продуктов неполного сгорания и создания специальной аэродинамики в топочной камере, а также на работу воздушного струйного аппарата, возвращающего горючие компоненты на дожигание.

В случае сжигания угля в кипящем слое горение носит гомогенно-гетерогенный характер.

Полное выделение энергии в кипящем слое обеспечивается всеми горящими в нем угольными частицами. Коэффициент избытка воздуха при сжигании в кипящем слое составляет 1,3. Наибольшая эффективность данного способа сжигания достигнута в котельных установках средней и малой мощности.

Для практической реализации данного способа сжигания угля необходимо дооборудовать котлы топками высокотемпературного кипящего слоя.



Низко-температурное вихревое сжигание

Данный способ сжигания угля впервые предложен, разработан и внедрен российскими инженерами и учеными.

При реализации этого способа перед подачей на горение уголь подвергается углубленному помолу с получением угольных частиц максимальным размером до 10‑25 миллиметров. Первичный воздух в зону горения нагнетается снизу по оси топки и закручивается.

Угольные частицы транспортируются к зоне горения вторичным, воздушным потоком, образуя угольновоздушную смесь, которая подается в вихревой поток первичного воздуха горелками, расположенными под углом к оси топки.

Первое воспламенение смеси осуществляется газом, дизельным топливом или мазутом при помощи растопочной форсунки, затем процесс сгорания угольных частиц идет в виде турбулентного факела без подсветки. В топке котла организуются две зоны горения, разнесенные по высоте: вихревая и прямоточная.

Вихревая зона является основной и занимает нижнюю часть внутреннего объема топки от устья холодной воронки до горелок. Прямоточная зона горения располагается над вихревой зоной.

В нижнем объеме топки (вихревой зоне) организуется вращательное движение газового потока с горизонтальной осью вращения. Горящие угольные частицы и горячие топочные газы циркулируют в вихревой зоне и отводятся из нее в район горелок, через которые происходит подвод в топку новой, свежей порции топливовоздушной смеси.

Смешиваясь с горячими частицами и газами, новая порция помолотого угля быстро прогревается и воспламеняется, обеспечивая устойчивое горение в топке.

Горение топлива равномерно распределено по всему объему топки и не зависит от изменения нагрузок на котел.

Такое сжигание угля снижает максимальную температуру в ядре факела и выравнивает температурное поле по всему объему горения.

Коэффициент избытка воздуха при указанной технологии сжигания угля составляет не более 1,3.

Технологический процесс подготовки и низкотемпературного вихревого сжигания угля длительное время используется на энергетических котлах средней и большой мощности энергетических объектов России, например на Иркутской ТЭЦ-10 и Усть-Илимской ТЭЦ.



Области использования

По мнению авторов, широкое внедрение современных энергосберегающих и экологически чистых технологий подготовки и сжигания угля и область его использования в России может быть значительно расширена уже в ближайшее время. Уже сегодня данный вид углеводородного горючего способен успешно конкурировать с жидким или газообразным топливом, например, в крупной и средней энергетике, а в перспективе уголь может возвратиться в качестве топлива на железнодорожный и морской транспорт. Кроме указанного, уголь можно использовать для получения синтетического газообразного и жидкого топлива.

В настоящее время в развитых странах области использования угля расширяются, чему способствуют не только высокие цены на жидкие и газообразные углеводороды, но и положительные результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по повышению экологической чистоты данного горючего. Под экологической чистотой угля в данном случае понимается, прежде всего, значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при его сжигании. Экологическая чистота достигается, во‑первых, удалением из угля вредных химических веществ, соединений и элементов до его использования, во‑вторых, вводом мелкодисперсных жидких или сухих присадок, например силанита, серпентина или воды, перед его подачей в зону горения и, в‑третьих, очисткой дымовых газов.



Что делать?

Запасы ископаемых горючих в нашей стране огромны, но исчерпаемы – поэтому необходимо постоянно корректировать концепцию использования различных видов углеводородных топлив с целью их наиболее рационального применения в разных секторах российской экономики, этого сегодня требуют и новые экономические условия.

Ни одна высокоразвитая страна мира не позволяет себе такую роскошь, как отопление исключительно газообразным или жидким топливом котельных агрегатов крупных ТЭС.

При разработке стратегии использования топлива необходимо учитывать опыт экономически развитых стран мира, таких, как Великобритания, США, Канада, Япония, – где различные энергоносители применяются дифференцированно – а именно: уголь – в котлоагрегатах крупных ТЭС; жидкое горючее – в двигателях, установках транспортных средств и резервных аварийных энергокомплексах; а газообразное топливо – в бытовой сфере.

Такое использование углеводородных топлив является наиболее рациональным и экономным.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 15-16 (107-108) август 2008 года:

  • Грузия: BP возобновила работу газопровода

    «British Petroleum-Азербайджан» возобновила экспорт газа по трубопроводу Баку–Тбилиси–Эрзурум, прерванный в связи с ситуацией в Грузии. Как отметила представитель предприятия Тамам Баятлы, за время остановки магистрали операционная компания не снижала добычу газа на контрактном месторождении «Шах дениз». «Газ с месторождения передавался в это время исключительно Азербайджану, а потребители в Грузии и Турции обеспечивались из имеющихся ...

  • «Славянка» отправилась на Север

    Дизельная электростанция АД-30С-Т400‑2РМ1 ТСС «Славянка» производства группы компаний ТСС в дополнительно утепленном блок-контейнере «Север» отправлена в Заполярье. В соответствии с требованиями заказчика – компании «Транснефть» – станцию мощностью 30 кВт оснастили системой управления с удаленным мониторингом. Все системы жизнеобеспечения управляются с одного контроллера. Помимо второй степени автоматизации, в агрегате предусмотр...

  • Теплый и… дешевый особняк

    В Костромской области начинается строительство 122 мини-коттеджей, стоимость квадратного метра в которых не превысит 15 тысяч рублей. Проект одобрен советом по инвестициям при губернаторе Костромской области. Новые жилые массивы появятся в области к концу 2009 года. Подвод коммуникаций к домам будет частично оплачен из регионального бюджета. Как рассказал заместитель начальника департамента экономического развития, промышленности и тор...

  • Тепловые насосы: вопросы и ответы

    После публикации нашей газеты о тепловых насосах на сайте «ЭПР» был задан такой вопрос: «Уважаемая редакция! Тепловые насосы – вещь очень интересная и перспективная для будущего, но при широком их применении не вредно ли это для грунта, в частности, не может ли это как‑то негативно повлиять на геологические свойства земли? Елена» На вопрос отвечает инженер Игорь Афоничев, компан...

  • «Электрозавод» разработал трансформатор нового поколения

    Холдинговой компанией «Электрозавод» (Москва) разработан и изготовлен автотрансформатор нового поколения – типа АОДЦТН - 167000 / 500 / 220. Автотрансформатор мощностью 167 МВА на напряжение 500 кВ специально разработан для объектов ОАО «ФСК ЕЭС». Поставка новейшего энергетического оборудования для филиала ОАО «ФСК ЕЭС» – Магистральные электрические сети (МЭС) Юга будет произведена до конца 2008 года....