Технологии "чистого" угля
Наталия Дунаевская о современных технологиях сжигания угля на ТЭС
Внедрение современных технологий позволяет значительно увеличить эффективность предприятий тепловой энергетики и снизить выбросы загрязняющих веществ, приблизив украинские ТЭС к европейским нормам. О том, что именно можно сделать для этого и какие технологии сейчас являются наиболее перспективными, "ЭнергоБизнесу" рассказала и.о. директора Института угольных энерготехнологий НАН Украины, заведующая отделом энерготехнологического использования твердого топлива Наталия Дунаевская.
Нина ШЕРШОВА
— Наталия Ивановна, чем конкретно занимается Институт угольных энерготехнологий?
— Мы разрабатываем и внедряем технологии сжигания энергетических углей, отходов углеобогащения, некондиционного топлива (в том числе "соленого" угля) и биомассы. Важное направление нашей работы – уменьшение использования в энергетике природного газа и выбросов загрязняющих веществ. Институт ведет разработку технологий получения синтез - газа, водорода и жидких моторных топлив с использованием процессов газификации и пиролиза твердого топлива. Мы разрабатываем также аналитические приборы для диагностики высокотемпературных процессов горения и газификации твердого топлива. Наши специалисты работают над проблемами эффективной эксплуатации основного и вспомогательного оборудования существующих пылеугольных ТЭС, модернизации энергоблоков, совершенствования топливоподготовки.
Институт активно сотрудничает с Минэнергоугля в вопросах научного сопровождения внедрения новых энергетических технологий и модернизации оборудования ТЭС, в разработке нормативной базы по качеству угольной продукции для ТЭС, а также в совершенствовании правил приемки топлива и разработке методики ценообразования для угля по его калорийности. По заказу Минэнергоугля и Минприроды мы разрабатываем нормативно - техническую документацию по расчету валовых выбросов, организации контроля и инвентаризации выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов при сжигании топлива.
Партнерами института в разные периоды времени были и остаются энергогенерирующие компании ПАО "Донбассэнерго", ПАО "Центрэнерго", ООО "ДТЭК Востокэнерго, ПАО "ДТЭК Захидэнерго", ПАО "Днепроэнерго", а также проектные организации СПКТБ "Энергомашпроект", КБ "Южное", Харьковское центральное конструкторское бюро, Львовское "Техэнерго" и др. В рамках международных проектов институт сотрудничал с известными котлостроительными фирмами и транснациональными корпорациями: Lurgi, SES, Ваbсоск&Wilcох, Foster Wheeler, КЕМА, Steinmuller, Alstom, Siemens, National Energy Technology Laboratory (США) и пр.
Среди последних крупных проектов научного сопровождения — внедрение сжигания в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) на энергоблоке мощностью 210 МВт Старобешевской ТЭС (ПАО "Донбассэнерго"). Это первый энергоблок в Украине, работающий по такой технологии. Реализация этого проекта позволила значительно (до 40%) сократить затраты на топливо для котла, и улучшила экологические показатели работы энергоблока. Институт постоянно осуществляет научное сопровождение работы энергоблока ЦКС как опытно-промышленного.
Институтом угольных энерготехнологий также осуществлялось нормативное и научное сопровождение вопросов топливообеспечения и топливоподготовки ТЭС. Разработанная нами прогрессивная шкала скидок-надбавок по зольности и влажности угля легла в основу действующей сейчас ценовой шкалы на энергетические угли.
В институте также проводятся исследования по очистке т.н. "соленого" угля, которые позволят сократить дефицит углей газовой группы и расширить топливную базу страны. Запасы "соленого" угля в Украине составляют около 12 млрд т.
Еще одно направление работы — технология сжигания в пылеугольных котлах и котлах циркулирующего кипящего слоя смесей углей с разными характеристиками. Эта технология улучшает условия зажигания низкореакционного угля и повышает степень выгорания топлива. Кроме того, она позволяет решить проблему с дефицитом угля определенной марки и уменьшает выбросы оксидов серы за счет добавления угля с невысоким ее содержанием. В смесях можно также использовать уголь, который раньше не учитывался в топливном балансе ТЭС.
При участии специалистов нашего института были проведены испытания котлов на смесях антрацита и тощего угля; антрацита и газовых углей, которые показали уменьшение расходов газа на "подсвечивание" и уменьшение горючих веществ в золе уноса.
Институт угольных энерготехнологий активно работает над исследованиями в области совместного сжигания биомассы и угля в топках больших и маленьких энергетических котлов. Как показывает зарубежный опыт, существует технологическая возможность сжигать биомассу (опилки, солома и др.) как в качестве добавки (5-20%) к топливу для пылеугольных котлов, так и создавать мощные котлы исключительно на биомассе (щепе, опилках и пр). Биомасса — дешевое топливо, поэтому такая технология позволит снизить цену полученной электроэнергии. Биомасса также содержит меньшее количество загрязняющих веществ, к примеру, серы, поэтому количество их выбросов и, следовательно, плата за них, будет меньше. Высокая реакционность биомассы позволяет использовать ее в качестве вспомогательного топлива вместо природного газа. Исследования, проведенные в нашем институте, показали, что при сжигании высокозольного донецкого антрацита с опилками возможно полное замещение природного газа биомассой при обеспечении стабильного факела.
Как видите, у нашего института широкий профиль работы, охватывающий все направления развития энергетики Украины. Специалисты института работают и с топливной базой энергетики, и с разработкой чистых угольных технологий сжигания и газификации отечественного угля, в частности, технологий кипящего слоя, и с высокотемпературными процессами, а также с экологическими проблемами энергетики.
— Какие технологии наиболее перспективны для внедрения в нашей тепловой энергетике?
— Для реконструкции и замены действующих котлов мы бы рекомендовали пылеугольное сжигание с газоочисткой, в том числе для каменных углей — с использованием режимно-технологических мероприятий уменьшения выбросов оксидов азота (топливо — уголь зольностью 20-24%), и сжигание углей в циркулирующем кипящем слое при атмосферном давлении (топливо — уголь и промпродукт зольностью до 45%, отходы углеобогащения, бурый уголь).
Для нового строительства — современные технологии пылеугольного сжигания с ультрасуперкритическими параметрами пара, с твердым шлакоудалением с высокоэффективной очисткой дымовых газов при соблюдении европейских норм выбросов (топливо — уголь зольностью 8-14%) и одновременным строительством ЦКС-энергоблоков для утилизации промпродукта с целью снижения потерь горючей массы угля. КПД таких энергоблоков составляет 40-42%, что примерно на 10% выше, чем на действующих украинских блоках.
— Одна из разработок вашего Института была отобрана для Программы выполнения технологических проектов для ДТЭК. Расскажите подробнее об этой разработке?
— В рамках этой программы все профильные институты НАН могли подать на рассмотрение несколько проектов, которые могли быть реализованы на предприятиях ДТЭК.
ДТЭК выбрала пять проектов энергетического блока, в том числе и разработку нашего института — горелку с термохимической подготовкой антрацита для пылеугольных котлоагрегатов. Такую горелку в 2011 г. мы установили на один из котлов Трипольской ТЭС.
Эта горелка уже прошла промышленные испытания, и создается рабочий проект на всю автоматику для нее с выведением на щит управления. Думаю, что это послужило положительным аргументом для ДТЭК. Планировалось, что она будет внедрена на Приднепровской ТЭС. Сейчас эта разработка пока в портфеле компании.
Институт также работает со структурными подразделениями ДТЭК напрямую, в рамках хозяйственных договоров. По прямому запросу электростанций мы помогаем им решать насущные вопросы топливоподготовки и топливоподачи, пыле- и сероочистки, вовлечения новых видов топлива в топливную базу ТЭС. Как независимые эксперты проводим испытания новых технологий, разработанных вне стен нашего института.
— Сейчас много говорится о задачах снижения выбросов загрязняющих веществ предприятиями тепловой энергетики. Что, на Ваш взгляд, необходимо сделать для этого в первую очередь?
— Согласно украинскому природоохранному законодательству, с 1.01.18 г. ТЭС по уровню выбросов должны соответствовать требованиям европейской директивы 2001/80/ЕС. Однако, пока ни на одной ТЭС нет современных установок серо- и азотоочистки из-за их дороговизны и отсутствия опыта строительства и эксплуатации. Поэтому сейчас необходимо строить пилотные установки газоочистки и разрабатывать национальный план сокращения выбросов, принятие которого позволит Украине как члену энергетического сообщества продлить период достижения требований европейских директив до 2030 г. Наш институт приступил к разработке данного плана. Он должен быть утвержден правительством в 2015 г.
— Ваш институт внедряет проект Европейского союза "Демонстрация, ознакомление и применение в Украине чистых угольных энерготехнологий и технологий улавливания и захоронения диоксида углерода". Что удалось сделать в его рамках?
— Это демонстрационный проект совместного финансирования, часть денег вкладывает ЕС, часть — мы. Грант на реализацию этого проекта институт получил в 2011 г. В рамках этого проекта мы проанализировали работу всех наших угольных станций, текущее состояние их оборудования, количество выбросов, аварийных остановов, перспективы развития этих станций и всю нормативную документацию, которая регулирует работу этой отрасли.
Кроме того, было проанализированы экологическое состояние угольных электростанций, их топливная база и возможности ее усовершенствования. Мы подготовили обзор по всем станциям Украины и свои предложения по некоторым из них относительно технологий, которые нужно там внедрить. Для ознакомления с этими технологиями наш институт провел очень много мероприятий, в т.ч. в сентябре и октябре прошлого года. У нас также успешно состоялись две конференции по экологической тематике во Львове. Кроме того, ежегодно Институт угольных энерготехнологий проводит конференцию "Угольная теплоэнергетика. Проблемы реабилитации и развития".
По итогам работы в рамках гранта мы выпустили монографию "Перспективы внедрения чистых угольных технологий в энергетику Украины". В книге, в частности, проанализировано современное состояние и определены проблемы угольных электростанций Украины, рассмотрен рынок энергетического угля в Украине, приведен обзор всех известных в мире чистых угольных технологий сжигания и газификации угля, а также обзор требований национального и европейского законодательства по защите окружающей среды и современные коммерческие технологии очистки дымовых газов от загрязняющих веществ.
Вторая книга по украинским разработкам той же тематики запланирована к выходу в этом году.
В апреле 2014 г. наш институт будет проводить конференцию для "доноров", вложивших средства в реализацию этого гранта с европейской стороны, и для представителей профильных министерств и генерирующих компаний. Это будет большая конференция, посвященная тому, что было сделано в рамках гранта ЕС.
