Технологии для "черного золота"
Александр Топал о технологиях, повышающих эффективность и экологичность угольных ТЭС
Несмотря на сложное положение украинской науки, ее развитие продолжается. Так, например, для украинской энергетики разрабатываются новые технологии, внедряются проекты, которые позволяют повысить эффективность и экологичность тепловых электростанций. Об отечественных разработках в этой сфере "ЭнергоБизнесу" рассказал заведующий отделом процессов горения и газификации угля (ПГГУ) Института угольных энерготехнологий НАНУ Александр Топал.
Нина ШЕРШОВА
— Александр Иванович, над чем в настоящее время работает отдел процессов горения и газификации угля?
— Наш отдел более 25 лет занимается созданием экологически чистых угольных технологий сжигания и газификации твердого топлива. В основном речь идет о сжигании угля в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) и газификации в потоке.
Среди разработок, которые готовятся к внедрению, стоит отметить котлоагрегат для сжигания высокозольного (38-40%) каменного угля в ЦКС производительностью 10 т/ч. Уже разработан рабочий проект этого котлоагрегата. Его планируется внедрить на предприятии в одном из поселков городского типа в Донецкой области. Другая перспективная разработка — это котлоагрегат для сжигания в ЦКС отходов углеобогащения и содержащей углерод золы уноса производительностью 50 т/ч. Уже готов эскизный проект этого котлоагрегата.
Для сжигания сверхвысокозольных (до 60-65% зольности) отходов мокрого обогащения угля наш отдел разработал котлоагрегат производительностью 75 т/ч, рассчитанный на параметры пара 63 атм и температуру 500 °C. Расширенный эскизный проект котлоагрегата детально проработан в составе полной технологической цепочки ТЭС электрической мощностью 20 МВт. Разработка проекта была профинансирована за счет НАН Украины, а в качестве партнера выступил крупнейший частный производитель металлургической продукции в стране "Донецксталь-металлургический завод" (г.Донецк).
Это достаточно дорогие установки, поэтому возможность внедрения наших разработок определяется наличием средств у потенциальных заказчиков. Часто желание внедрить экологически чистые угольные технологии ограничивается отсутствием средств.
— Какие перспективные разработки и технологии института Вы можете выделить?
— В последние годы институт разработал ряд технологий сжигания в кипящем слое высокозольных и высоковлажных топлив (отходов углеобогащения) в угольных котлах малой и средней мощности. На основании проведенных нами научных исследований были созданы предтопки к эксплуатирующимся газо-мазутным котлам, позволяющие использовать бурый уголь, биомассу и отходы углеобогащения в качестве топлива.
В области очистки продуктов сгорания в институте активно работает лаборатория экологических проблем энергетики. Эта лаборатория уже более 20 лет занимается разработкой и внедрением технологий снижения выбросов в основном для крупных ТЭС Украины. Если первые работы были связаны в первую очередь с малозатратными методами усовершенствования золоуловителей, таких как предварительная зарядка частиц перед электрофильтром, системы управления периодическим встряхиванием электродов, которые давали небольшой эффект, то сегодня институт совместно с ЧАО "Техэнерго" предлагает высокоэффективную реконструкцию существующих мокрых золоуловителей с использованием мокрого электрофильтра с доведением выходной концентрации пыли ниже 30 мг/куб м и устранением проблемы каплеуноса. На сегодняшний день более 30% мощностей ТЭС страны оснащены мокрыми золоуловителями с эффективностью от 85% до 92% и выходной концентрацией золы от 1100 до 2000 мг/куб м.
Внедрены две опытно-промышленные установки сухой десульфуризации на котлах ТПП-312А блока №1 Зуевской ТЭС и ТП-109 блока №7 Кураховской ТЭС. Эффективность сероочистки при использовании в качестве сорбента извести составила более 60%, и более 27% — при использовании известняка. Эта технология, конечно, не может обеспечить высокоэффективную сероочистку (более 95%) для больших котлов, однако она может быть использована для малых угольных котлов с предельной концентрацией диоксида серы (SO2) на уровне 2000 мг/куб м.
Институт подготовил рабочий проект реконструкции золоуловителя для котлов второй очереди Добротворской ТЭС. Рециркуляция уловленной золы в мокрых золоуловителях позволит предприятию сократить плату за валовые выбросы SO2.
Для высокоэффективного связывания SO2 при умеренных капитальных затратах наши специалисты предлагают внедрение полусухой аммиачной десульфуризации. Проведенные нами экспериментальные и математические исследования показали, что при использовании в качестве сорбента раствора аммиачной воды была достигнута высокая степень сероочистки. После полного испарения введенной влаги на выходе рукавного фильтра был получен порошковый сульфат аммония, являющийся минеральным удобрением. Сейчас по этой технологии разрабатывается рабочий проект пилотной установки на ТЭЦ Люблин (Польша).
Помимо технологических разработок, институт осуществляет нормативное и научное сопровождение вопросов топливообеспечения и топливоподготовки ТЭС.
Кроме того, разработанная нами прогрессивная шкала скидок-надбавок по зольности и влажности угля легла в основу действующей с 2007 г. ценовой шкалы на энергетический уголь. Применение этих нормативных документов и ценовой шкалы за 10 лет способствовало улучшению качества угля: калорийность угля в поставках на ТЭС увеличилась с 4000-4500 ккал/кг до 5200-5600 ккал/кг, что позволило отказаться от газо-мазутной подсветки. Доля газа в топливной базе ТЭС сократилась с 40-50% до менее 2%, т.е. сейчас он расходуется только на розжиг котлов.
— Кроме финансовых, с какими еще сложностями приходится сталкиваться?
— Сейчас в Украине практически исчезла отраслевая наука. Поэтому академическим организациям, таким как наш институт, приходится решать не только свои задачи — проводить фундаментальные и прикладные исследования — но и те, для решения которых предназначены отраслевые институты. Тем не менее, мы нашли решение — институт тесно сотрудничает со специализированными конструкторскими организациями. Так, перечисленные выше проекты были разработаны в рамках сотрудничества с СПКТБ "Энергомашпроект". С этим предприятием мы сотрудничаем уже более 20 лет. Насколько мне известно, это предприятие наиболее последовательно и целенаправленно из всех компаний в Украине занимается разработкой экологически чистых угольных энерготехнологий, в частности, сжиганием твердого топлива в ЦКС.
Хотелось бы также отметить ХЦКБ "Энергопрогресс", с которым у нас дружеские отношения. Они также развивают ЦКС-направление, но для котлов большей мощности (от 100 МВт).
За последние несколько лет были внедрены такие малозатратные, но значимые проекты, как, например, предтопок для котлов ДКВР-6.5. Он предназначен для перевода котла на сжигание твердого топлива вместо природного газа.
— Насколько перспективно для Украины производство синтез-газа?
— Газификация угля может использоваться для двух целей — получения электроэнергии и производства химических продуктов — от заменителя природного газа (SNG, substitute of natural gas), метанола, моторных топлив до аммиака, удобрений и т.д. Сейчас в Украине газификация угля для производства электроэнергии по капитальным затратам и периоду окупаемости проигрывает усовершенствованному пылеугольному энергоблоку, где уголь просто сжигают. Но технологии газификации угля и установки на их основе являются самыми экологически чистыми. Выброса вредных веществ при использовании таких технологий намного меньше, чем этого требуют действующие нормативные акты, в том числе и европейские.
В то же время производство химических продуктов при газификации угля более перспективно для Украины и уже сейчас становится крайне актуальным. Однако очень важно определить конечную стоимость товарного продукта и просчитать экономические эффекты. Замечу, например, что для производства 1 тыс куб м SNG потребуется 2.4-2.7 т угля; для 1 т метанола — от 4 т угля. Видно, что конечный товарный продукт определяет сырьевую составляющую затрат, а также во многом и состав всего комплекса по газификации угля.
Отмечу, что еще в 1991 г. в институте была создана и работала установка по парокислородной газификации угля в потоке производительностью 100 кг/ч. Это очень хороший уровень на то время, поскольку таких установок в мире было не очень много. А в 1998 г. совместно с КБ "Южное" (г.Днепропетровск) был разработан рабочий проект ЦКС-газификатора под давлением производительностью 2.5 т угля/ч и изданы приказы Минтопэнерго о его строительстве (к сожалению, планы не были реализованы из-за отсутствия средств).
Мы постоянно отслеживаем развитие технологий газификации угля. В настоящее время эти технологии хорошо отработаны на промышленном уровне, и их внедрение требует лишь научного сопровождения. Для крупнотоннажного производства сейчас наиболее перспективна газификация угля в потоке. Как правило, такие газификаторы работают под высоким давлением (28-40 атм), при высоких температурах (1350-1600 0С), с микронным помолом угля на парокислородном дутье (не менее 95% кислорода по об.). Среди компаний, производящих крупные поточные газификаторы, лидерами являются Shell, GE (Texaco), Siemens (GSP), ConnocoPhilips, Prenflo и т.д. Есть и другое направление — газификаторы с форсированным ЦКС (фирмы KBR).
Для определенного качества угля и конечного продукта подбирается наиболее подходящий вид и модель газификатора. Важно понимать, что универсального газификатора под все угли и конечный продукт нет. Мы отлично представляем себе области применения, недостатки и преимущества существующих газификаторов. Так, еще в 1996 г. специалисты Института угольных энерготехнологий проходили тренинги по чистым угольным технологиям в Голландии, а также посетили один из первых крупных газификаторов в Европе на ТЭС Buggenum (263 МВт).
Для разъяснения исключительно технических вопросов, связанных с внедрением технологий газификации угля, в начале 2013 г. была создана рабочая группа при НАН Украины. Создание этой группы было инициировано нашим институтом. Мы постоянно работаем в этом направлении, в т.ч. с зарубежными партнерами, и открыты для сотрудничества.
