КомпанииКомпаний: 7725
АккаунтыАккаунтов: 13931
Регистрация       Забыли пароль?




info@oborudka.ru
oborud-ka
Главная » Справочники » Добыча угля - оборудование, методы, изыскания » Комплексное использование углей на ТЭС

Комплексное использование углей на ТЭС

Комплексное использование углей на ТЭС

Современное состояние энергетики России характеризуется широким использованием природного газа для производства электрической и тепловой энергии. Вместе с тем, складывающаяся в настоящее время экономическая ситуация в стране и новые экономические отношения между субъектами хозяйствования требуют увеличения доли углей в топливном балансе электростанций, которая в настоящее время составляет -25-29%. Однако расширение доли использования углей в энергетике связано с целым рядом негативных последствий, которые трансформируются в серьезные технические трудности и значительные экономические затраты. В частности, ужесточающиеся требования экологической безопасности производства требуют решения проблемы очистки дымовых газов и утилизации зольных и шлаковых отходов. При этом последние по масштабам накопления сопоставимы с объемами добычи руд на крупных месторождениях горно-химического сырья.

Значения нормативов выбросов вредных веществ для котельных установок средней и большой мощности, представленные, отражают скорее технические возможности энергетики, но не требования экологии. Поэтому окружающая среда в зоне действия тепловых электростанций быстро деградирует, а ее нарушение приводит к серьезным экономическим и социальным последствиям (снижение продуктивности сельхозугодий, нарушение здоровья людей, кислотная коррозия зданий и сооружении, снижение концентрации кислорода и т.д.), которые не учитываются в методиках оценки ущерба от деятельности электростанций.

Сравнение различных видов топлива по степени вредности возможно по соотношению частных показателей вредности, выраженных в долях ПДК соответствующих веществ.

Из приведенных данных видно, что дымовые газы из углей имеют более высокие показатели вредности, чем таковые из природного газа. В этой связи, одной из основных проблем энергетики XXI века будет доведение экологической безопасности ТЭС, работающих на угле, до уровня электростанций, работающих на природном газе. Только при этом условии возможно увеличение выработки электроэнергии ТЭС, работающими на угле. Однако, при современной технологии сжигания углей возможности снижения выбросов ТЭС весьма ограничены.

Уменьшение количества выбросов оксидов серы и пыли возможно путем использования более качественного угля, имеющего низкое содержание золы и серы, а также за счет создания более эффективной аппаратуры по очистке дымовых газов. Обогащение угля не решает этих проблем коренным образом, т.к. позволяет несколько снизить зольность угля и всего на 15-20% уменьшить в нем содержание серы. Одновременно возникают проблемы с использованием отходов углеобогащения, которые необходимо складировать; при этом они также не безвредны. Строительство высоких труб ТЭС также не решает эти задачи, т.к. уменьшая концентрацию вредных веществ в приземных слоях атмосферы в районе непосредственного действия ТЭС, они только увеличивают площадь и время загрязнения территории до опасных пределов.

К сожалению за последнее столетие в энергетике не было найдено оптимального решения в разработке и строительстве систем пылегазоочистки дымовых газов. Даже лучшие из этих систем, не решая проблемы в целом, увеличивают стоимость установленного киловатта мощности на ТЭС на 30-40%, а себестоимость вырабатываемой энергии на 15-20%. Капиталовложения в систему газоочистки достаточно велики и обычно составляют 30-60% от стоимости основного оборудования. Применяемый в промышленности способ очистки дымовых газов ТЭС от 502 с использованием извести (СаО) или известняка (СаО3) недостаточно эффективен, поскольку степень улавливания серы этим методом составляет 50-80%. Кроме того, на нейтрализацию 1 т серы теоретически требуется израсходовать 3 т известняка. Учитывая, что уже сейчас выбросы серы тепловыми угольными электростанциями превышают 4 млн.т в год, то на нейтрализацию эквивалентного количества 502 потребуется не менее 12 млн.т известняка. Практически же расход известняка должен составить 18-23 млн.т. Образующиеся при этом сульфат-сульфитные шламы не могут быть использованы в народном хозяйстве и только увеличивают объемы золо-шламохранилищ ТЭС почти в 1.5 раза.

Значительно большее содержание оксидов азота .при сжигании углей, чем при сжигании природных газов, связано с образованием в топках так называемых "топливных" оксидов азота, т.е. соединений, образующихся из азота органической массы угля. Поэтому снизить содержание оксидов азота в уходящих газах при сжигании углей до уровня их содержания в продуктах сгорания газа в настоящее время невозможно.

Помимо газовых и пылевых выбросов значительный ущерб природной среде наносят шлако- и золоотвалы ТЭС. Занимаемая ими площадь составляет около 20 тыс. га и ежегодно увеличивается примерно на 4%.

Степень использования золо-шлаковых отходов в России невелика. В 1990-91 гг. в РФ использовалось 3.8 млн. т золы и шлака ТЭС, а в настоящее время используется только 1.8 млн. т в год (3.6% выхода). Это объясняется тем, что в том виде, в каком зола и шлак отпускаются с ТЭС, они могут быть использованы в весьма небольших объемах в качестве добавок или наполнителей при производстве строительных материалов.

Кардинальное решение изложенных проблем дает только комплексное использование углей, основанное на газификации органической массы углей при полном использовании их минеральных компонентов. Технология комплексного использования углей решает целый ряд крупных научно-технических проблем:

появляется возможность использования углей валовой выемки, что снимает проблему накопления отходов обогащения углей;

продукты газификации топлива имеют объем в 2-3 раза меньший, чем продукты его полного сгорания, поэтому система их очистки от пыли и соединений серы значительно меньше и проще;

при газификации топлива сера образует сероводород, переработка которого в элементарную серу более рентабельна, чем диоксида серы;

системы очистки продуктов газификации от пыли, оксидов серы и азота позволяют довести технико-экономические показатели котла, работающего на угле, до уровня котлов, работающих на природном газе;

кристаллохимический состав минеральной части угля после газификации достаточно технологичен для дальнейшей переработки;

газификация угля позволит широко использовать более эффективные паро-газовые циклы производства электроэнергии, что сейчас возможно только при работе на природном газе.

В России имелся большой опыт по газификации углей, и к 1958 году в эксплуатации находилось свыше 350 газогенераторных станций, на которых было установлено 2500 газогенераторов различных размеров и конструкций, вырабатывавших -35 млрд. м3 отопительных и технологических газов. В 60-х годах в связи с интенсивным внедрением природного газа производство искусственного газа было практически прекращено.

Работы в этой области энергетики перешли в стадию НИР и ОКР. Процесс газификации отрабатывался для углей различных марок Канско-Ачинского и Кузнецкого бассейнов, Приозерного и Шубаркульского месторождений, высокозольных углей Памира, Экибастузского и Подмосковного бассейнов, углей стран Восточной Европы и др. Результаты этих НИР были использованы при разработке проекта парогазовой установки с внутрицикловой газификацией угля ОПГУ-250, строительство которой намечалось на Кировской ТЭЦ-5. Согласно проектным данным эта установка по сравнению с обычной технологией сжигания угля обеспечивает (даже без учета производства серной кислоты) экономию топлива на 8%, экономию капитальных затрат на 10%, экономию приведенных затрат до 11%. Кроме того, по проекту ОПГУ с внутренней газификацией расход металла составит 9.1 кг/кВт-ч, тогда как на существующих ТЭЦ он составляет 23 кг/кВт-ч. При этом воздействие на окружающую среду оказывается гораздо менее значительным.

Крупные зарубежные фирмы, занимающиеся технологией переработки углей, достаточно интенсивно продолжают реализацию своих научно-технических программ по газификации углей, считая, что при благоприятной конъюнктуре они могут дать основу для создания больших производственных мощностей. В настоящее время в различной стадии готовности к промышленному внедрению находится более 30 разработок по газификации углей (РУР-100, Шелл-Копперс и др.).

Накопленный огромный опыт по технологии газификации углей дает основание считать, что создание мощного газогенератора для энергетики вполне реально уже в недалеком будущем. Это будут установки мощностью 60-100 т/час по углю (или 100-150 тыс. м3/час по газу), работающие под давлением 1-2 МПа, с умеренным обогащением дутья кислородом (до 40-50%). Газификация угля будет производиться во взвешенном состоянии (кипящий слой, циркулирующий кипящий слой, факельный режим и т.п.) с сухим золоудалением. Технология очистки генераторных газов от пыли и сернистых соединений может быть вполне позаимствована из других отраслей, например, известен многолетний опыт работы Щекинского газового завода. Известны также способы получения серы или серной кислоты из уловленных серосодержащих газов.

Образующаяся в процессе газификации зола представляет собой ценное минеральное сырье, которое может быть использовано в строительной индустрии, сельском хозяйстве (для нейтрализации кислых почв), металлургии, горном деле и др. отраслях. По химическому составу золы на 94-96% состоят из и СаО; 4-6% массы золы приходится на долю и которые самостоятельного значения не имеют, и целого ряда редких элементов, из которых германий и уран имеют промышленное значение, и по ним подсчитываются запасы в установленном порядке, a  платиноиды могут извлекаться в качестве попутной продукции.

Кроме того, золы целого ряда угольных месторождений РФ содержат 30-40%, что ставит их в разряд источников сырья для крупнотоннажного производства глинозема. По таким критериям качества,  высокоглиноземистые золы очень близки к нефелиновому концентрату и уртитам. Данное сырье вполне может перерабатываться аналогично тому, как это делается для нефелинового сырья на Волховском, Пикалевском и Канско-Ачинском комбинатах. Она включает в себя получение саморассыпающихся спеков, состоящих из двухкальциевого силиката, содовое выщелачивание, обескремнивание алюминатного раствора, его карбонизацию и кальцинацию осадка с получением товарного глинозема. Образующийся при выщелачивании спеков белитовый шлам по своим физико-химическим свойствам является сырьем, подготовленным для цементного производства.

Для высокожелезистых зол возможно выделение железосодержащего концентрата, близкого по составу железорудному агломерату, который перерабатывается методом восстановительной плавки с получением металла (Fe>95%), сульфата алюминия (коагулянт) и редкометальных концентратов (например, скандиевого). Золы ТЭС, которые по содержанию лимитируемых компонентов или иным причинам, не отвечают требованиям строительной, металлургической и др. отраслей, очевидно, можно использовать в качестве материалов закладочных смесей для заполнения подземных камер отработанных участков месторождений полезных ископаемых. Для Подмосковного буроугольного бассейна представляет интерес использование для этих целей отходов фосфогипса Воскресенского химкомбината (в качестве вяжущего) и золоотвалов, накопленных тепловыми электростанциями, работающими на бурых углях Подмосковного бассейна.

Таким образом, в XXI веке наибольшие перспективы имеют энерготехнологические комбинаты по комплексному использованию углей, которые наряду с производством электрической и тепловой энергии будут производить дополнительно стройматериалы, глинозем, цемент и др. виды горнохимической продукции. Такие комбинаты значительно снизят ущерб, наносимый природе, как за счет уменьшения вредных выбросов, так и за счет сокращения объемов добычи горнохимического сырья.

Текущая страница: Добыча угля - оборудование, методы, изыскания » Комплексное использование углей на ТЭС