Основные направления совершенствования угольных электростанций - Уменьшение воздействия на окружающую среду

Одним из основных направлений совершенствования угольных ТЭС является уменьшение их воздействия на окружающую среду.
Для высокоэкономичных блоков 300-600 МВт на канскоачинских углях для снижения образования оксидов азота необходимо использовать полностью оправдавший себя на многих действующих котлах (П-67, БКЗ-500-100) принцип низкотемпературного сжигания. При внедрении схемы трехступенчатого сжигания топлива коэффициент избытка воздуха в зоне активного горения составит 1,0 - 1,05. Избыток окислителя в этой зоне при наличии интенсивного массообмена в ее объеме обеспечит низкий темп шлакования. Чтобы вывод части воздуха из зоны активного горения не увеличивал температуры газов в ее объеме, в факел подают замещающее количество газов рециркуляции.
Такая организация горения позволит снизить концентрации оксидов азота до 200 - 250 мг/м³ на номинальной нагрузке энергоблока.
Для снижения выбросов оксидов азота Сиб ВТИ разрабатывает систему предварительного подогрева угольной пыли. Опытно-промышленное опробование этой системы намечается на котле паропроизводительностью 500 т/ч Минусинской ТЭЦ. Подогрев пыли перед сжиганием позволит снизить выбросы NOx до 200 мг/м³ и менее. После отработки этой технологии целесообразно распространить ее на другие котлы, сжигающие бурые угли.
При использовании на блоках 300 - 600 МВт каменных кузнецких углей для уменьшения образования ΝΟх необходимо применять малотоксичные горелки и ступенчатое сжигание топлива. Сочетание этих мероприятий способно обеспечить выбросы NOx < 350 мг/м³ и удовлетворить нормы на вновь вводимое оборудование ТЭС, установленные с 01/1 2001 г.
Особенно трудно снизить образование NОх при сжигании малореакционного топлива (АШ и кузнецкий тощий) в котлах с жидким шлакоудалением. В настоящее время на котлах, сжигающих АШ и тощий уголь, концентрации NОх = 1200 т 1500 мг/м³. При наличии на электростанциях природного газа целесообразно организовывать трехступенчатое сжигание с восстановлением NOx в верхней части топки (ребенинг-процесс). Такие технологии проработаны в ВТИ.
Там, где не удается с помощью технологических методов снизить концентрацию NOx до требуемого уровня, потребуются системы азотоочистки. Перспективу промышленного применения имеют в основном технологии: селективного некаталитического восстановления (СНКВ) и селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота.
Что касается сероочистки, в результате выполненного в ВТИ технико-экономического сравнения для ТЭС России при их техперевооружении можно рекомендовать использование мокрых известняковой или аммиачно-сульфатной и упрощенной мокро сухой технологии.
Первые две целесообразны при приведенной сернистости топлива около 0,15% · кг/МДж, когда необходимо связывание более 90 - 95% SCE, а упрощенная мокросухая технология (уменьшение выбросов SO2 на 50 - 70%) - при сжигании мало-  и среднесернистого топлива.
Мокрая известняковая сероочистка наиболее распространена за рубежом и экологически безопасна.
При аммиачно-сульфатной технологии, реализованной на Дорогобужской ТЭЦ, в качестве побочного продукта сероочистки образуется товарный сульфат аммония, являющийся ценным удобрением.
Упрощенная мокросухая сероочистка наиболее эффективна при приведенной сернистости сжигаемых углей примерно 0,05% · кг/МДж.
С наиболее высокими технико-экономическими показателями обеспечить требуемую эффективность золоулавливания (массовые концентрации золы в дымовых газах после очистки - 50 мг/м³) и отпуск золы потребителю как на действующих, так и на вновь строящихся ТЭС можно с помощью многопольных горизонтальных электрофильтров.
Электрофильтры со стандартным (непрерывным) режимом электропитания целесообразны для улавливания золы канскоачинских и донецких углей, а с прерывистым и импульсным питанием - золы экибастузских и кузнецких углей.
Существенное увеличение эффективности работы электрофильтров при улавливании золы кузнецкого и экибастузского углей возможно при снижении температуры и кондиционировании дымовых газов.
Для энергоблоков мощностью 200 МВт и котлов ТЭЦ производительностью до 700 т/ч, ранее оборудованных мокрыми центробежными скрубберами, возможно применение комбинированных аппаратов: электрофильтр - рукавный фильтр. Можно располагать их в двух уровнях, если площади, занимаемой мокрыми аппаратами, окажется недостаточно.
Есть привлекательные технические возможности, в частности, для использования в стесненных условиях, например, двухзонного электрофильтра, включающего в себя электрополе с неподвижными электродами и импульсным микросекундным питанием и второе электрополе с движущимися электродами.
Двухзонные электрофильтры и комбинированные аппараты нуждаются в дополнительных разработках.
Для удаления уловленной электрофильтрами золы целесообразна пневмогидравлическая система. Сухая зола транспортируется и собирается в специальных установках для погрузки в авто- или железнодорожные цистерны и отправки потребителям. Неиспользованная зола в виде концентрированной пульпы перекачивается и складируется на гидрозолоотвале. Весьма перспективным является сухое складирование золы с послойной ее утрамбовкой.
Реализация высказанных в статье основных положений по совершенствованию угольных ТЭС связана со многими трудностями. На нынешнем этапе целесообразно рассматривать только опробованные технологии и оборудование, подтвердившие на практике свою работоспособность и эффективность. Это - котлы с пылевым сжиганием угля и с циркулирующим кипящим слоем, более простые и экономичные тепловые схемы, паровые турбины и вспомогательное оборудование последних или следующих поколений, газоочистные системы и оборудование.
По всем им имеется научно-технический задел, достаточный для принятия хозяйственных решений.
Очень важно как можно быстрее ввести в действие и активно эксплуатировать головные демонстрационные объекты для промышленной отработки и доводки новых технологий и оборудования.
Ввод и освоение с опережением широкого внедрения на несколько лет позволят выявить и устранить их неизбежные “детские болезни” и создадут техническую основу для успешной эксплуатации.
Необходимо также определить реальные площадки и развернуть проектирование угольных энергоблоков на суперсверхкритические параметры пара, разработать и запустить программы создания отечественных парогазовых установок со сжиганием угля в кипящем слое под давлением и с газификацией угля.
Данная статья носит исключительно общий концептуальный характер. Показаны основные направления совершенствования угольных ТЭС без проработок каких-то конкретных проектов. Хотя некоторые положения и кажутся сегодня очевидными, но практика ведения энергетического хозяйства говорит о том, что в создавшейся ситуации изложенным в данной статье вопросам уделяется недостаточное внимание.

Список литературы

1. Ефимочкин Г. И. Двухподъемная бездеаэраторная тепловая схема паровых турбин ТЭС. - Теплоэнергетика, 1997, № 1.
2. Пат, № 2029102 (РФ). Бездеаэраторная система регенерации паровой турбины / Марушкин В. М., Вербицкий В. Л. Опубл. в Б. И., 1995, № 5.
3. Пат. № 2058008 (РФ). Система шариковой очистки трубок конденсатора паровой турбины / Шипилев С. Г. Опубл. в Б. И., 1996, №10.
4. Ефимочкин Г. И., Марушкин В. М, Вербицкий В. Л. Двухподъемная бездеаэраторная схема для отечественных турбин СКД мощностью 300, 500 и 800 МВт. - Энергетик, 1996, № 1.
5. Основные направления совершенствования котельной техники при техперевооружении угольных ТЭС / Тумановский А. Г., Шварц А. Л., Мещеряков В. Г. и др. - Теплоэнергетика, 2000, № 8.
6. Направления повышения эффективности работы теплофикационных турбин / Туторов В. Ф., Симою Л. Л., Эфрос Е. И. и др. / - Теплоэнергетика, 2000, № 12.
7. Шварц А. Л., Авруцкий Г. Д. Применение суперкритических параметров пара на мощных энергоблоках России. - Электрические станции, 2000, № 12.
8. О создании пылеугольных энергоблоков суперкритических параметров пара / Авруцкий Г. Д., Лыско В. В., Шварц А. Л. и др. - Электрические станции, 1999, № 5.
9. Рябов Г. А., Надыров И. И. Сжигание угля в кипящем слое. - В сб.: Развитие технологий подготовки и сжигания топлив на электростанциях. М.: ВТИ, 1996.