Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  Энергопотребление 

В топочном вихре

Ирик Имамутдинов

 

В течение ближайших двадцати пяти лет мировые энергетические потребности вырастут на 60%, и для того, чтобы их удовлетворить, за это время в энергетику придется вложить около 16 трлн долларов. И эффективнее всего вкладывать эти деньги в чистые энергопроизводящие и энергосберегающие технологии. Об этом говорится в коммюнике Изменение климата, чистая энергетика и устойчивое развитие, подписанном руководителями стран большой восьмерки на закончившейся 8 июля встрече в шотландском Глениглсе. Особо подчеркивается интерес ведущих стран к современным технологиям сжигания угля (в документе этому уделен целый параграф): Мы поддержим усилия, направленные на то, чтобы генерация электрической энергии на угле становилась все более эффективной. Проблемы угольной энергетики грозят стать доминантными и на следующей встрече G8, которая пройдет в будущем году в Санкт-Петербурге (ее базовой темой станет энергетическая политика). Россия как ни одна другая страна восьмерки заинтересована в том, чтобы выработать собственную политику в этой области. Кроме осознанной политики все остальное у нас уже есть: самые большие в мире запасы угля и эффективные технологии для его использования в электроэнергетике.

 

Больше угольных киловатт

 

Согласно данным Всемирного энергетического совета (World Energy Council, WEC) за 2004 год, потребности мирового энергетического сектора в топливе (для производства тепла и электроэнергии, для нужд промышленности и транспорта) обеспечиваются углем на 25%, при этом угольные электростанции производят 38% мировой электроэнергии.

 

Сейчас, по данным WEC, на угольные станции в США и Германии приходится около половины вырабатываемой электроэнергии, а в Австралии, Индии и Китае—и вовсе около 80% или даже больше. Причина проста: во всем мире, в отличие от России, газ в среднем на 25% дороже угля. Причем в некоторых странах использование газа при производстве электричества так же и законодательно квотируется государством. Поэтому киловатт электроэнергии, полученный на угле в этих странах, если и не дешевле, чем полученный на газе и на нефти, то в любом случае не дороже. Согласно прошлогодним исследованиям Cambridge Energy Research Associates, производство электроэнергии на американских угольных электростанциях и вовсе в два раза дешевле производства на ТЭС, использующих в качестве топлива природный газ. И это несмотря на то, что на угольных электростанциях более сложный технологический цикл, связанный с подготовкой топлива (уголь надо раздробить, измельчить в пыль и высушить).
На фоне продолжающегося роста цен на нефть и газ интерес к углю как к альтернативному энергоносителю в мире только растет. Американский департамент энергетики сообщил о планах строительства 100 угольных электростанций в течение ближайших пятнадцати лет. Ожидается увеличение потребления энергетического угля и в Канаде, там после 2010 года из-за окончания срока эксплуатации реакторов остановят несколько блоков АЭС, которые заменят угольными ТЭС. Ожидается большой прирост угольной энергетики в ряде других стран в Южной Америке (например, в Бразилии) и в Азии (Вьетнам, Южная Корея, Япония). Региональный представитель WEC Клаус Брендоу предсказывает: Мировой спрос на уголь, который за последние тридцать лет вырос на 62 процента, к 2030 году увеличится так же на 53 процента, а в странах ЕС и вовсе вдвое. Причем рост в основном будет обеспечен спросом энергетиков: Это реалистичный сценарий при условии, что потребители энергии будут использовать эффективные и экологически чистые технологии сжигании угля, - говорит г-н Брендоу.

 

Суперсверхкритические параметры

 

В энергетическом балансе России уголь занимает значительно меньше места, чем в среднем в мире. У нас сложилась парадоксальная ситуация,—говорит замдиректора Института обогащения твердых топлив Ильдар Дебердеев.—Страна обладает четвертью мировых запасов угля, и в то же время его доли в энергобалансе в целом и в производстве электричества в частности примерно равны и составляют всего 18 процентов.

 

Угольная энергетика в нашей стране знавала и лучшие времена: уголь в энергобалансе СССР занимал преимущественное место примерно до 70-х годов ХХ века. По данным советского Госкомстата, доля угля в топливном балансе страны в 1955 году составляла 66%, а на ввод угольных станций приходилось более 90% от всех ТЭС вплоть до конца 60-х годов. Открытие гигантских нефтегазовых месторождений в Западной Сибири привело к тому, что был взят курс на приоритетное развитие нефтегазового комплекса. В конце 70-х была принята программа газового перевооружения энергетики, предусматривавшая преимущественный ввод газовых электростанций в последующие пятнадцать-двадцать лет. По словам заведующего отделением технологий использования топлива Энергетического института имени Кржижановского Анатолия Гаврилова, советский Госплан задумал газовую паузу не только для создания условий опережающего развития энергетики по сравнению с промышленностью, но и как маневр, позволявший выиграть время для освоения эффективных и экологически безопасных технологий угольной и ядерной энергетики. Правда, на данный момент об этом помнят только специалисты.

 

Определенные изменения в России, конечно, происходят. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года предполагает постепенное увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны. Если произойдет предполагаемая либерализация газового рынка и соотношение цены на газ и уголь подтянется к мировому (по той же Стратегии, выровнять цены предполагается уже в 2006 году, а в 2010-м соотношение цен на газ и уголь должно составить 1,4: , то спрос на уголь внутри страны начнет расти опережающими темпами. Но уже сейчас, убежден генеральный директор Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) Владимир Рашевский, нужно искать эффективные пути возвращения угля в энергетику, уголь не должен оставаться архаичным топливом. Инвестиции необходимы и в технологии производства угольного топлива, и в технологии его сжигания.

 

Как считает сейчас большинство экспертов, рост угольной энергетики в ближайшие пятнадцать-двадцать лет будет покрываться в основном за счет ввода энергоблоков с котлами с традиционным факельным сжиганием угля. так же часть мощностей—в первую очередь в промышленной и локальной энергетике—будет введена за счет котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Причем в World Energy Council считают, что угольные паровые энергоблоки проживут до 2060 года, в первую очередь потому, что альтернативные варианты потребуют больших инвестиций, они сложнее в эксплуатации и не дают значительного преимущества в КПД. Для дальнейшего повышения КПД классических пылеугольных котлов до 45-50% (это будут топки с суперсверхкритическими параметрами пара—давлением 24-30 МПа и температурой 580-6100C) не стоит вносить существенные изменения, а следует, к примеру, решать проблемы применения новых материалов в уже разработанных узлах и агрегатах.

 

Известно, что работы над созданием факельных энергоблоков с суперсверхкритическими (в западной терминологии—ультрасуперкритическими, USC) параметрами пара начались в середине прошлого века в США и СССР. По словам научного руководителя Всероссийского теплотехнического института Анатолия Тумановского, 16 угольных энергоблоков мощностью 380-1050 МВт с такими параметрами уже работают в Дании, Японии и Германии. КПД лучших японских и немецких блоков находится на уровне 45-46%, датских, работающих на холодной циркуляционной воде с глубоким вакуумом,—на 2-3% выше

 

Сейчас в Евросоюзе в рамках программы Termiproject идет разработка пылеугольного энергоблока с максимальной температурой пара выше 7000C и с давлением 37,5 МПа. Выйти на эти параметры намечено к 2015 году. КПД энергоблока, по плану, должен составить свыше 50% и может достичь 53-54%, так же через двадцать лет КПД достигнет 55% при температурах пара до 8000C.

 

Впрочем, не все считают гонку за суперпараметрами оправданной с экономической точки зрения. Несмотря на повышенный КПД, как считает генеральный директор Центрального котло-турбинного института Юрий Петреня, существующие станции на суперсверхкритических параметрах пара значительно дороже и в строительстве, и в эксплуатации, срок их окупаемости превышает срок окупаемости станций со сверхкритическими параметрами пара, хорошо освоенными в России и в других странах.

 

НТВ-технология

 

Снижение интереса к угольной тематике со стороны государства во время газовой паузы привело к тому, что целый ряд прорывных по своему характеру технологий, многие из которых начинали разрабатывать у нас раньше, чем в других странах (парогазовые установки с внутрицикловой газификацией угля или ПГУ со сжиганием твердого топлива в кипящем слое под давлением), так и не был внедрен и дальнейшие НИОКР были заморожены. Но с некоторыми технологиями дела обстоят не так уж плохо. Речь идет о низкотемпературной вихревой технологии (НТВ) сжигания. По словам выдающегося советского теплофизика Виктора Померанцева, предложившего основы этой технологии, она разрабатывалась как альтернатива существующему традиционному пылеугольному сжиганию. Сейчас понятно, что профессор Ленинградского политехнического института (ЛПИ) погорячился, прямо противопоставляя традиционное факельное сжигание и НТВ-технологию в пылу дискуссии со своими научными оппонентами, но очевидно и другое: у его детища есть многозначительные технологические аргументы для того, чтобы оно заняло важное место в угольной энергетике ближайшего будущего.

 

Виктор Померанцев пришел в Ленинградский политех из Центрального исследовательского котло-турбинного института. ЦКТИ был создан в 1927 году как специальный отраслевой институт на базе лабораторий паровых котлов ЛПИ и Ленинградского технологического института, так что все ведущие ученые и сотрудники ЦКТИ, создавшие и обслуживавшие котельно-топочную промышленность в СССР, были учениками этих двух научных школ. По словам заведующего кафедрой Реакторо- и парогенераторостроение Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Юрия Рундыгина, у Виктора Померанцева много реперных разработок: он создавал котлы для локомобилей, в числе его изобретений топка скоростного горения в зажатом слое (так и называемая топкой Померанцева), за создание схемы которой в 1938 году ученому без протекции диссертации была присвоена ученая степень кандидата технических наук. Интересно, что Виктор Померанцев был одним из основателей нового направления энергохимического использования топлив. После войны под его руководством был создан и с 1953 года пущен в промышленную эксплуатацию энергохимический комплекс Вахтан. На этой установке впервые в СССР было освоено получ. из топлива перед сжиганием ряда ценных химических продуктов. так же одной реперной разработкой Померанцева стала как раз низкотемпературная вихревая технология. Она начала разрабатываться в Ленинградском политехническом институте так же в конце 60-х годов. Создание НТВ-технологии лежит в русле советских теплотехнических традиций—научиться сжигать то, что в мировой практике даже не считается топливом: изначально технология предназначалась для сжигания низкосортных топлив: высоковлажных бурых углей и отходов производств. Потом уже стало ясно, что она нужна и при сжигании более качественных углей—для решения не только экономических, но и экологических задач. Уже в 1970 году был пущен в эксплуатацию первый реконструированный по НТВ-технологии котел для сжигания торфа на 8-й ГРЭС Ленэнерго. В 1982 году на Усть-Илимской ТЭЦ впервые в мире заработал безмельничный котел, изготовленный Барнаульским котельным заводом. далее НТВ-технология была признана Минэнерго СССР и ГКНТ СССР перспективной для обновления котельного оборудования электростанций. В 1987 году приказом Минэнерго СССР были начаты работы по созданию серии котлов с НТВ-топками для технического перевооружения устаревших электростанций Урала, Сибири и Дальнего Востока. Но после 1991 года все работы в России были прекращены и перенесены за границу.

 

Лавинообразная модернизация

 

НТВ-технология основана на аэродинамических приемах организации потоков в топке с перемещением больших масс грубо измельченного топлива в нижнюю часть топки, а воздуха, необходимого для дожигания,—в верхнюю ее часть. За счет создания двух зон горения, низкотемпературной вихревой в нижней части топки и более высокотемпературной в зоне дожигания, происходит тщательное перемешивание топочных газов и, как следствие, выравнивание тепловых потоков. Дело в том, что в традиционной технологии пылеугольного сжигания основная часть топлива сгорает в так называемой зоне активного горения, расположенной в районе горелок и занимающей относительно небольшой объем средней части топки, так что нижняя часть как бы работает вхолостую. Идея вихревого сжигания, по словам генерального директора компании НТВ-энерго Виталия Скудицкого, как раз и состоит в том, чтобы нижнюю часть топки вовлечь в активный топочный цикл, растянуть активную зону горения и в два-три раза увеличить объем топочного пространства. Это дает принцип. возможность снизить максимальную температуру в вихревой топке на 100-300 градусов и за счет активной аэродинамики выровнять уровень температуры во всем объеме активного горения, а это,, дает несколько плюсов. Во-первых, в результате снижения температуры снижается образование оксидов азота (одного из самых вредных веществ, выбрасываемых тепловыми электростанциями). Во-вторых, низкий уровень температуры горения и многократная циркуляция частиц позволяют связать оксиды серы минеральными же остатками самого топлива. Благодаря низкой температуре горения у вихревой топки практически нет проблем с загрязнением поверхностей нагрева.

 

Важное преимущество НТВ-подхода заключается в том, что сжигается не пылеугольное топливо, а грубо измельченный уголь. По словам одного из учеников Виктора Померанцева генерального директора компании Политехэнерго Феликса Финкера, сейчас на Назаровской ГРЭС в Красноярском крае работает котел, который может сжигать куски дробленого угля размером от 8 до 10 сантиметров. Это приводит к увеличению общего КПД установки, так как отпадает необходимость в системах пылеприготовления, которые забирают у станции до 3% произведенной на ней электроэнергии.
Внедрение НТВ-технологии в России возобновилось в конце 90-х годов. Самый яркий пример—реконструкция Рязанской ГРЭС. Изначально станция строилась с расчетом на сжигание подмосковных углей, но со временем из-за кризиса в угольной отрасли станция была вынуждена перейти на сжигание бурого угля Канско-Ачинского бассейна. Сибирские угли по большинству параметров превосходят подмосковный, но в составе образующейся после его сжигания золы сорок с лишним процентов оксида кальция, который в ходе химических реакций горения легко превращается в гипс, образующий прочные отложения на поверхностях нагрева. По словам Анатолия Гаврилова, в результате пришлось чуть ли не каждые две недели останавливать котлы на очистку от гипсовых отложений. Ситуацию на угольных котлах РГРЭС, по сути, спасло внедрение НТВ-технологии, после чего экономическая ситуация на станции выправилась. И если в 90-х годах низкотемпературной вихревой технологией интересовались больше за границей, ученики Померанцева обновляли котлы в Эстонии, Болгарии, Китае, Индии, Чехии и даже две топки в США (всего несколько десятков энергоблоков), то теперь, по словам Феликса Финкера, рост заказов на НТВ-модернизацию уже в России принял лавинообразный характер.

 

Источник: http://www.rosugol.ru

 



Закон. КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ. Биодизель - альтернативное топли. Не слід ховати добру ідею.

На главную  Энергопотребление 





0.004
 
Яндекс.Метрика