Современные направления энергосбережения на котельных установках пылеугольных ТЭС Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2014. № 5

СООБЩЕНИЯ

УДК 621.181.018:620.09

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА КОТЕЛЬНЫХ

УСТАНОВКАХ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ ТЭС

© 2014 г. Н.В. Федорова, Д.А. Шафорост, А.М. Коломийцева, Ю.В. Щеглов

Федорова Наталья Васильевна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]

Шафорост Дмитрий Анатольевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]

Коломийцева Александра Михайловна - ст. преподаватель, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-52-18.

Щеглов Юрий Васильевич - студент, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-52-18.

Fedorova Nataliya Vasylivna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Thermal Power Stations and Heat», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]

Shaforost Dmitry Anatolyevich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Thermal Power Stations and Heat», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]

Kolomiytseva Aleksandra Mikhailovna - senior lector, department «Thermal Power Stations and Heat», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-52-18.

Scheglov Yuriy Vasilevich - student, department «Thermal Power Stations and Heat», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-52-18.

Представлены современные перспективные направления энергосбережения на котельных установках пылеугольных ТЭС: использование высшей теплоты сгорания топлив, извлечение из летучей золы и энергетическое использование механического недожога.

Ключевые слова: энергосбережение; тепловые электрические станции; котельные установки; высшая теплота сгорания топлива; летучая зола; механический недожог.

Modern perspective directions of energy saving boilers on coal-fired thermal power plants are presented: the use offuel high calorific value, the extraction from the fly ash and the energy use of carbon.

Keywords: energy saving technologies; thermal power plants; boilers; high heat fuel high calorific value; fly ash; carbon.

В настоящее время в связи с истощением запасов и ростом стоимости энергоресурсов все более актуальной становится проблема энергосбережения. Около 60 % всей электроэнергии в России производится на ТЭС, из них около трети - на ТЭС, работающих на угле. В последнее время зольность используемых в энергетике углей повышается, удельная теплота сгорания - снижается. Ниже предлагается ряд мероприятий, позволяющих увеличить КПД пылеугольных энергоблоков.

Суммарные тепловые потери котельной установки составляют от 5 до 30 %, потери теплоты в конденсаторе для конденсационных энергоблоков - до 55 -60 %, расход энергии на собственные нужды - до 5 %, а при работе в теплофикационном режиме - до 8 %. Для газотурбинных и парогазовых энергоблоков около 30 % выработанной электроэнергии идет на привод компрессора. Таким образом, потенциал энергосбере-

жения на тепловых электростанциях на сегодняшний день составляет 100 - 200 % по отношению к отпущенной потребителю тепловой и электрической энергии.

Потери теплоты с уходящими газами q2 являются основным видом потерь котельного агрегата и зависят от вида топлива, температуры уходящих газов, организации топочного процесса и конструктивных особенностей котла [1]. Учитывая низшую рекомендованную температуру уходящих газов по нормам теплового расчета ^ ~ 110^150 °С и максимально допустимую по ГОСТ 30735-2001 при сжигании углей ^ ~ 280 °С, величина q2 варьируется в пределах от 2 - 5 % для паровых котлов и до 9 - 22 % для водогрейных котлов.

Основная проблема при использовании теплоты уходящих газов - при прохождении точки росы происходит конденсация водяных паров, что в присутст-

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2014. № 5

вии кислых оксидов (N0*, $0Х) приводит к образованию кислоты и кислотной коррозии оборудования. Однако если обеспечить прохождение точки росы при охлаждении уходящих газов в защищенной от коррозии камере, мы получаем энергетическую выгоду от возможности полезного использования скрытой теплоты конденсации водяных паров, которая определяется как разность между высшей и низшей теплотой сгорания топлива. Для разных марок углей и угольных продуктов разница между высшей и низшей теплотой сгорания находится в пределах от 0 (кокс) до более чем 25 %. Таким образом, использование высшей теплоты сгорания позволит сэкономить до четверти расхода топлива, что превышает оцениваемые по стандартным методиками потери теплоты с уходящими газами.

Предварительные расчеты показывают, что для углей справедлива формула:

ляет около 1 кВт-ч электроэнергии на тонну переработанной золы. Схема сепаратора ST и необходимого оснащения электростанции представлена на рисунке.

gBP - gP sP

100% = -^100%. 2mr

где QBP и QH - соответственно высшая и низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; тН и mC - массовые доли содержания на горючую массу топлива соответственно водорода и углерода.

Тепловые потери вследствие механического недожога топлива q4 при значениях избытка воздуха на выходе из топки аТ -1,15^1,25 составляют менее 1,5 %. При сжигании высокозольных низкореакцио-ных углей, к которым относится и уголь Донецкий АШ, широко используемый в энергетике Ростовской области, нормируемый механический недожог не должен превышать 5 %, однако фактически он может достигать 20 %. Содержание механического недожога в летучей золе гораздо выше, чем в шлаке [2]. Возникает необходимость отделить от золы несоженный углерод и использовать его в дальнейшем в энергетических целях. С учетом теплоты сгорания угля и при оценке q4 от 1,5 до 20 % в пересчете на массу топлива получаем возможную экономию от 295 до 3930 кДж на килограмм угля.

За рубежом идея извлечения из летучей золы механического недожога и последующего его дожигания в настоящее время активно воплощается в жизнь в США, Англии, ЮАР. Компания Separate Technologies (ST), США, разработала установку, позволяющую производить сепарацию недожженного углерода из минеральных компонентов летучей золы [3]. При содержании углерода в золе на входе в сепаратор от 4 до 25 % в результате процесса сепарации получаются летучая зола с содержанием углерода до 3,5 %, допустимая к применению в качестве добавки к бетону, и фракция с высоким содержанием углерода, которая может служить как топливо. При этом не образуются сточные воды и вредные выбросы. Сепаратор потреб-

Схема установки сепарации угольной золы на электростанции

В последние годы в России, как и в других странах, происходит переход от паротурбинных (ПТУ) к парогазовым установкам (ПГУ), имеющим более высокий КПД (до 55 - 58 %) по сравнению с КПД ПТУ (до 38 - 39 %). Дооснащение уже существующих паротурбинных энергоблоков газотурбинными установками - необходимое, но затратное и долговременное мероприятие. Далее потребуется не менее трудоемкая наладка энергоблоков и определение оптимальных параметров работы энергетического оборудования. Внедрение комплекса мер по снижению различных видов потерь теплоты котельной установкой позволит существенно увеличить КПД котельной установки и энергоблока в целом при меньших затратах финансовых и трудовых ресурсов и в более короткие сроки.

Литература

Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод): 3-е изд. перераб. и доп. СПб., 1998. 256 с.

Рогатина Ю.Н., Фёдорова Н.В. Процессы образования золы и шлака при сжигании углей в топке котла // Горение твердого топлива: сб. докл. 6-й всерос. конф. (с участием иностр. ученых), Новосибирск, 8 - 10 нояб. 2006 г.: в 3 ч. Ч. 3. Новосибирск: ИТ СО РАН, 2006. С. 188 - 196. Биттнер Джеймс Д., Газиоровски Стивен А. Очистка летучей золы: новости в области технологии сепарации. URL: http://ccp.e-apbe.ru (дата обращения 04.02.2014)

Поступила в редакцию

24 февраля 2014 г.