Перспективы использования твердого топлива в теплоэнергетике Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Был произведен расчет выбросов вредных веществ в атмосферу от парогенератора при его автономной работе и в составе парогазовой установки, который показал, что температура в зоне активного горения снижается, что позволяет уменьшить количество вредных выбросов от парогенератора: при работе ТП-81 в составе парогазовой установки - 3262,35 т/год, что значительно ниже, чем при автономной работе парогенератора (6502,94 т/год).

Мощность паротурбинной или парогазовой ТЭЦ при заданном типе оборудования определяется имеющейся тепловой нагрузкой.

Для характерных типов энергетического оборудования удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении составляет:

- паротурбинных отопительных ТЭЦ - 1200^1300 кВтч/ГДж,

- паротурбинных промышленных ТЭЦ - 900^1400 кВтч/ГДж,

- парогазовых ТЭЦ - 6000^7500 кВтч/ГДж.

Как видно, при преобразовании паротурбинной ТЭЦ в парогазовую при той же тепловой нагрузке можно получить в 2,4-6,8 раза большую электрическую мощность. В настоящее время можно говорить в основном о большей эффективности парогазовой ТЭЦ по сравнению с паротурбинной: в расчете на единицу тепловой нагрузки ПГУ-ТЭЦ вырабатывает больше электроэнергии.

Список литературы:

1. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электрических станций. - М.: Энергоиздат, 2000. - 568 с.

2. Ведрученко В.Р., Крайнов В.В., Казимиров А.В. Уточненная методика расчета сгорания в топке парового котла по схеме комбинированной парогазовой установки со сбросом газов в топку // Промышленная энергетика. -2005. - № 6. - С. 31-35.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

© Набоко Е.П.*, Набоко П.В.Ф

Карагандинский государственный индустриальный университет, Республика Казахстан, г. Темиртау

В статье рассмотрена возможность применения генераторного газа в качестве топлива для парогенераторов ТЭЦ-ПВС АО «Арселор Миттал Темиртау» с целью повышения надежности и экологической безопасности работы.

* Доцент кафедры «Строительство и теплоэнергетика» Карагандинского государственного индустриального университета, кандидат технических наук.

* Студент Карлов университета (Чехия, г. Прага).

Возрастание диоксида углерода в атмосфере при сжигании твердого и жидкого топлива усиливает парниковый эффект. Энергетический сектор, в частности тепловые электрические станции (ТЭС), вносит наибольший вклад в совокупный антропогенный выброс парниковых газов в атмосферу. В настоящее время ТЭС Республики Казахстан используют отечественные угли и мазут - для растопки и подсветки парогенераторов. Современное развитие теплоэнергетики характеризуется сокращением использования дефицитного топочного мазута на пылеугольных тепловых электростанциях и расширением применения твердых топлив, качество которых повсеместно снижается, то есть снижается реакционная способность топлива, ухудшается воспламенение и выгорание в топках котлов.

Для энергетического хозяйства наиболее предпочтительным сырьем и энергоносителем является газообразное топливо благодаря таким отличительным свойствам, как экологичность, хорошая транспортабельность. Дефицит первичных энергоресурсов и постоянно растущий спрос на энергию требует развития и совершенствования технологий газификации угля. Газификация - это высокотемпературный процесс взаимодействия углерода топлива с окислителями, проводимый с целью получения горючих газов (Н2, СО, СН4). В качестве окислителей используют кислород (или обогащенный кислородом воздух), водяной пар, диоксид углерода, либо их смеси. В зависимости от соотношения исходных реагентов, температуры, продолжительности реакции и других факторов можно получать газовые смеси самого разного состава. Газификации может быть подвергнуто большинство известных видов твердых горючих ископаемых, при этом можно получить газ заданного состава или заданной теплоты сгорания, так как эти показатели в значительной степени определяются температурой, давлением и составом применяемого дутья. Существующие и разрабатываемые способы газификации позволяют превратить в горючие газы 60-70 % углерода от имеющегося в твердом топливе. Остальное количество расходуется в процессе для получения тепла, необходимого для осуществления эндотермических реакций газификации, а также теряется в окружающую среду. Таким образом, с развитием промышленных технологий газификации угля генераторный газ сможет внести вклад в повышение надежности энергоснабжения промышленных предприятий.

В Казахстане сосредоточено 3,3 % от мировых промышленных запасов угля. Практически все бассейны и месторождения, кроме Карагандинского, содержат угли невысокого качества (низкокалорийные, многозольные), что приводит к большим транспортным затратам; значительному снижению надежности и экономичности ТЭЦ; недопустимо высокому выбросу вместе с дымовыми газами летучей золы, оксидов серы и азота. Экологическая вредность сжигания многозольных и сернистых углей очень высока, учитывая это и большие экономические потери, в мировой энергетике угли с зольностью свыше 12 % подлежат обязательному обогащению [1].

В нынешней структуре энергетики Республики Казахстан электроэнергия, вырабатываемая на угольных станциях составляет 85 %, остальные 9 % и 5 % приходятся на электроэнергию, получаемую соответственно на гидро-и газотурбинных электростанциях. Современное развитие теплоэнергетики характеризуется сокращением использования дефицитного топочного мазута на пылеугольных тепловых электростанциях и расширением применения твердых топлив, качество которых повсеместно снижается, вследствие чего снижается реакционная способность, ухудшается их воспламенение и полнота сгорания. На пылеугольных ТЭС Казахстана сжигается 15 разновидностей твердого топлива (каменных и бурых углей). Основными из них являются экибастузский уголь - 75,3 %, карагандинский - 8,6 % от общего объема сжигаемых на ТЭС углей. Теплотехнические характеристики этих углей различны: зольность колеблется от 10 до 48 %, влажность от 5 до 37 %, выход летучих от 22 до 48,5 %, т.е. зольность и сернистость топлива достаточно высока. Труднообогатимость Казахстанских углей и капиталоемкость обогащения определяют тенденцию развития новых технологий, таких как, полная газификация угля с последующим сжиганием газа в топке парогенераторов.

В настоящее время на ТЭЦ-ПВС АО «Арселор Миттал Темиртау» сжигается два вида топлива: карагандинский промпродукт и коксовый газ. В дымовых газах содержится большое количество золы, оксиды азота и серы, кроме того, происходит загрязнение золовыми отложениями экранов топки парогенераторов и других поверхностей нагрева, что приводит к ухудшению теплопередачи, снижается длительность работы оборудования, сокращается межремонтный период. Основные цели перевода парогенератора на генераторный газ: организация надежной длительной работы оборудования на повышенных нагрузках; уменьшение выбросов оксидов азота и серы, летучей золы; улучшение условий эксплуатации топки парогенератора; снижение загрязнения экранных поверхностей. Кроме того, возможно использовать сухой зольный остаток от генерации газа в производстве строительных материалов.

Из многообразия различных типов газогенераторов для технологической схемы ТЭЦ-ПВС подходит газогенератор типа «Копперс-Тотцек», так как система пылеприготовления для него идентична существующей системе пылеприготовления парогенератора. В газогенераторе «Копперс-Тотцек» может использоваться любой уголь, за исключением нефтяного кокса. Верхний предел зольности угля может составлять до 40 % на сухую массу; температура размягчения золы не имеет принципиального значения, так как в данном способе используется жидкое шлакоудаление. Газогенератор «Копперс-Тотцек» представляет собой шахту внутренним диаметром до 3,5 м; оборудован двумя горелочными устройствами и имеет водяную рубашку [2]. Газификация угля производится парокислородной смесью при атмосферном давлении. Преимущество данного газогенератора в том, что из-за высоких температур газификации (порядка 1500-1900 оС) смоло- и фенолсодержащих продуктов не образуются, что значительно упрощает газоочистку. По расчет-

ным данным газогенератор может вырабатывать 29808 м3/ч газа с теплотой сгорания 20,131 МДж/м3, что соответствует загрузке угля до 15,2 т/ч. Из-за небольших габаритных размеров газогенератор легко вписывается в существующую систему топливоподачи. Для работы газогенератору необходим пы-лепровод от пылевого бункера, по которому подается угольная пыль; трубопровод для подачи технического кислорода и пара. В водяной рубашке газогенератора, запитанной от химически очищенной воды, вырабатывается пар низкого давления (температура 142 оС, давление 0,37 МПа), часть которого идет в газогенератор, а часть может потребляться на собственные нужды цеха.

Угольная пыль смешивается с парокислородным потоком и вдувается в горелки газогенератора. Относительно низкие температуры и высокие скорости транспортирования надежно препятствует проскоку пламени в подающую трубу между смесителем и горелками. Примерно половина золы в виде жидкого шлама стекает по стенкам газогенератора в водоохлаждаемую емкость и выводится из нижней части газогенератора в гранулированном виде. Другая половина уносится с газом в виде летучей золы. Генераторный газ отводится из верхней части газогенератора и поступает к горелкам котла. Возможно регулирование мощности в пределах 60-100 % путем изменения скорости подачи угольной пыли. При необходимости остановка газогенератора может быть произведена практически мгновенно. Вывод временно остановленной горячей установки на полную производительность по газу требует около 30 минут, достижение номинальной производительности по пару требует несколько большего времени.

Технические характеристики процесса газификации «Копперс-Тотцек»:

1. Степень конверсии угля - 95 %.

2. Коэффициент полезного действия:

- газификации - 77 %;

- термический - 85 %.

3. Степень разложения пара - 90 %.

4. Входные потоки:

а) расход кислорода:

- на одну тонну угля (сухого) - 535 м3;

- на 1 м3 сырого газа - 0,325 м3;

- на 1 ГДж в сыром газе - 30,1 м3;

б) расход пара:

- на одну тонну угля (сухого) - 236 кг;

- на 1 м3 сырого газа - 0,143 кг;

- на 1 ГДж в сыром газе - 13,3 кг;

в) расход сухого угля:

- на 1 м3 сырого газа - 0,61 кг;

- на 1 ГДж в сыром газе - 56,6 кг.

5. Соотношение пар/кислород - 0,44 кг/м3.

6. Выход продуктов:

- газа на 1 тонну сухого угля - 1640 м3;

- пара на 1 ГДж в сыром газе - 13,3 кг.

7. Давление газификации - 0,1 МПа.

8. Температура:

- газификации - 1500 оС;

- выходящего газа - 800 оС.

Основой расчета процесса газификации угля являются следующие реакции газификации:

- газификация углерода кислородом (неполное горение): С+0,5О2 = СО;

- газификация углерода водяным паром: С + Н2О = СО + Н2;

- газификация углерода водородом: С + 2Н2 = СН4;

- газификация окиси углерода водяным паром: СО + Н2О = СО2 + Н2;

- газификация серы водородом: 8 + Н2 _ Н^.

Расчет количества газифицирующего агента и состава получающегося генераторного газа на 100 кг топлива из карагандинского промпродукта (табл. 1) приведен в табл. 2-3.

Даже без учета снижения оплаты штрафов за вредные выбросы оксидов азота и серы, взвешенных твердых частиц при применении генераторного газа годовой экономический эффект составит 34039,5 тыс.тенге; коэффициент экономической эффективности 0,48.

Таблица 1

Фактический состав промпродукта на рабочую массу

Наименование Состав промпродукта на рабочую массу, %

Углерод 40,8

Водород 3,07

Азот 1,08

Сера 0,75

Фосфор 6,2

Зольность 38,8

Влажность 9,3

Содержание летучих на горючую массу 22

Таблица 2

Участвуют в газификации

Топливо Газифицирующий агент

Состав Содержание Количество, О2, N2, Всего Н2О Н2О, Всего,

моль моль моль моль м3 моль м3 м3

С 41,81 % 3,484 1,742 О") сч ОО г-

Н 2,72 % 1,36 0,68 о гч го 00

S 0,77 % 0,024 - о II 'чО г^ II ЧО

O 5,38 % 0,168 0,168 о 0 01 (М" еч Ы4 го +

N 0,62 % 0,022 - +

W 10 % 0,556 - г^ сч ГЧ ^ еч т

A 38,7 % - - т

Таблица 3

Образуются при газификации

Газообразные продукты

СО СО2 Н2 СН4 Н28 N2 Всего

моль м3

0,022 + 0,046 = 0,068 0,068-22,4 = 177,5

3,484 0,3 1,2 2,85 0,024 0,068 7,926 177,5

43,957 3,785 15,14 35,958 0,303 0,857 100

Список литературы:

1. Дукенбаев К.Д. Энергетика Казахстана. Движение к рынку. - Алматы: Гылым, 1998 - 584 с.

2. Шиллинг Г.Д., Бонн Б., Краус У, Газификация угля. Горное дело -Сырье - Энергетика: пер. с нем. - М.: Недра, 1986 - 175 с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОРСУНОК ТИПА РВСС ДЛЯ СЖИГАНИЯ МАЗУТА НА КОТЛАХ ТЭЦ-ПВС

© Онищенко О.Н.*, Жабалова Г.Г.*

Карагандинский государственный индустриальный университет, Республика Казахстан, г. Темиртау

В статье говорится о возможности применения форсунок типа РВСС (распылитель со встречносмещенными струями) на котлах ТЭЦ-ПВС АО «Арселор Миттал Темиртау». Это позволит экономить дорогостоящее топливо - мазут и улучшит экологическую обстановку города.

Основным энергетическим топливом для большинства электростанций Казахстана являются каменные угли Экибастузского (разрез «Богатырь», «Восточный» и «Северный»), Борлинского и Карагандинского месторождений.

Несовершенство топочного процесса, а именно, существующие горелоч-ные устройства и схемы сжигания не обеспечивают устойчивого воспламенения и горения в связи с этим применяется подсветка факела высокореакционным топливом (мазутом или газом), что приводит к повышенным выбросам в атмосферу СО, и SOx.

Подсветка факела мазутом при пылеугольном сжигании приводит к повышенному выбросу SOX. Содержание серы в каменных углях Казахстана в основном 0,4-0,7 %, а в мазуте 3-3,5 %. При этом наблюдается повышенный механический недожог и выброс твердых частиц в атмосферу, т.к. сущест-

* Старший преподаватель кафедры «Строительство и теплоэнергетика».

* Доцент кафедры «Строительство и теплоэнергетика», кандидат технических наук.