Netradits_Energetika_Uch_1

публикаций по опыту освоения сжигания торфа на электростанциях (кроме названных выше, значительный библиографический перечень, который нами не приводится) нами подробно этот вопрос не рассматривается.

С развитием добычи нефти и ее переработки (мазут и др.), а также газа и по условиям возросших экологических требований практически все перечисленные выше электростанции, как и другие, использующие торф, впоследствии были переведены на газовое или жидкое топливо. Накопленный в России опыт использования торфа до сих пор используется западными странами.

Одним из перспективных направлений в плане энергетического использования торфа с обеспечением снижения вредных выбросов при высокой эффективности и технологичности использования является внедрение технологии сжигания композитного топлива на базе торфяного геля. Технология получения этого топлива разработана в проблемной энергетической лаборатории Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) [26–29]. Термин «композитные» означает, что это топливо представляет собой композицию компонентов с резко различными топливными свойствами. В результате совместной переработки этих компонентов получают новый продукт с ценными товарными свойствами, практически соответствующими наперед заданным качествам. В основе производства искусственного композитного твердого топлива (ИКТТ) и жидкого (ИКЖТ) лежит использование торфа с добавлением низкосортных местных топлив (как низкореакционных отсевов антрацитов, так и окисленных каменных и бурых углей), сырой нефти (или отходов ее переработки) и водной составляющей.

Технология получения искусственного твердого топлива показана на рис. 2.12.

Составные компоненты жидкого композитного топлива перерабатываются в питательных насосах-кавитаторах, где происходит глубокая деструкция материала. Деструктурированные материалы проходят затем совместную обработку еще в одном кавитаторе с добавлением сырой нефти (или нефтепродуктов), где вследствие сложных физикохимических процессов и эмульгации образуется конечный продукт. Технологическая схема производства ИКЖТ показана на рис. 2.13

91

Рис. 2.12. Принципиальная технологическая схема модуля по производству ИКТТ:

1 – бункер торфа, 2 – питатель дозатор торфа, 3 – флотационная машина, 4 – рабочий бункер, 5 – диспергатор-кавитатор первой ступени, 6 – бункер угля, 7 – питатель дозатор угля, 8 – среднеходная валковая мельница, 9 – промежуточный рабочий бункер, 10 – диспергатор-кавитатор угля второй ступени, 11 – бак приготовления жидкого топлива, 12 – диспергатор-кавитатор второй ступени, 13 – прессование топ-

ливных гранул, 14 – сушка топливных гранул

и 2.14. (Здесь же дана схема сжигания КЖТ в топке энергетического котла.)

Та же, практически, ситуация нашла место в России в вопросах использования древесного материала как исходного сырья для газификации с последующим использованием газа в тепловых двигателях. Здесь также были выполнены значительные научно-исследователь- ские работы и конструктивные проработки газификаторов твердого топлива как на основе дровяной массы, так и на базе торфа [40, 46].

92

Рис. 2.13. Технологическая схема производства и подачи в котел композитного жидкого топлива:

1 –	бункер	сырого угля; 2 – дробилка;	3 –	питатель; 4 –	ШБМ; 5 -сепаратор;
6 –	циклон;	7 – мельничный вентилятор;	8 –	бункер пыли;	9 – питатель пыли;

10 – кавитатор; 11 – бак сырой нефти; 12 – расходная цистерна КЖТ; 13 – контур рециркуляции КЖТ; 14 – линия питательной воды МЖТ; 15 – бункер (с комкорыхлите-

лем)	сырого торфа;	16 – грохот; 17 – флотатор; 18 – линия торфяного	геля;
19 –	насос высокого	давления; 20 – линия подачи КЖТ к форсункам	котла;
	21 – дутьевой вентилятор; 22 – линия ВУС

Как указывалось ранее, Россия обладает как определенными традициями и опытом в области использования растительной биомассы, так и значительными ее ресурсами. Ранее, в табл. 2.4, 2.5 приведены данные по переработке леса в 1995 г. (табл. 2.4), а также громадные неиспользуемые запасы торфа (табл. 2.5). В конце 30-х годов в России на дровах работали несколько сотен стационарных газогенераторных установок [42, 43], существовал крупнейший в мире парк газогенераторных автомобилей и тракторов [42], около 20 000 судов с газогенераторными двигателями [41, 45], газогенераторные локомотивы [42, 43]. В ЦКТИ и ЛПИ были созданы ряд конструкций топок для сжигания древесных отходов. Научно-исследовательские и проектно-конструк- торские работы проводились в ведущих организациях и высших

93

Рис. 2.14. ТЭЦ с технологией производства и сжигания КЖТ:

у – уголь, т – торф, н – нефть, Т – турбина, Г – генератор, Тр – трансформатор, Кр – конденсатор, КЭН – конденсатный электронасос, ПНД – подогреватели низкого давления, Д – деаэратор, ПЭН – питательный электронасос, ПВД – подогреватели высокого давления, ПСВ – подогреватель сетевой воды, Э – электрофильтр, З – сборник золы, N, Q, Уз – потребители электроэнергии, тепла

и золошлаков

учебных заведениях. Так, в 40–60-х гг. во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ), Ленинградской лесотехнической академии (ЛТА) и Центральном научно-исследовательском институте малой энергетики (ЦНИИМЭ) были созданы высокоэффективные конструкции газогенераторов с прямым и обращенным процессом. Систематические исследования пиролиза древесины и отходов ее переработки проводились во ВНИИгидролиз. В 60-х гг. из-за доступности дешевого жидкого и газообразного топлива доля растительной биомассы в топливном балансе страны постоянно снижалась и составляла менее 2 %. Соответственно резко сократился объем исследовательских и про- ектно-конструкторских работ. Только к концу 80-х гг. интерес к энергетическому использованию растительной биомассы вновь возрождается.

Этому способствуют изменившиеся экологические, экономические и социальные условия: рост цен на традиционные виды топлива, воз-

94

росшие экологические требования (включая требование по снижению выбросов СО2 и международных обязательств в связи с «парниковым эффектом»), децентрализация энерго- и теплоснабжения удаленных территорий России с дорогим привозным топливом и требование по обеспечению устойчивого энерго- и теплоснабжения этих территорий.

Все это требует изменений в структуре топливно-энергетического баланса и вовлечения в него наряду с другими нетрадиционными источниками энергии, о которых говорилось ранее, растительной биомассы, к использованию которой Россия наиболее подготовлена (учитывая уровень предыдущих разработок и исследований).

Подробный анализ возможности и условий использования растительной биомассы излагается в отдельном разделе (часть III).

7.ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА РОССИИ «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ЭНЕРГЕТИКА»

Видение научно-технических проблем в области энергетики, их научно-исследовательские и проектно-конструкторские проработки, составленные на основе анализа отечественного и зарубежного опыта, возможные конкретные пути по их реализации проработаны в научнотехнической Государственной программе России «Экологически чистая энергетика» [48]. При составлении программы учитываются следующие основные обстоятельства:

–удовлетворение возрастающих потребностей страны в электроэнергии;

–разведанные запасы органических топлив, в первую очередь нефти и газа, на базе которых вырабатывается в России (в 2000 г. – свыше 63 %) больше половины электроэнергии, не безграничны и самые эффективные из них быстро истощаются;

–необходимость вовлечения в топливно-энергетический баланс (ТЭБ) альтернативных источников энергии;

–решение экологических проблем в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК).

95

Основными направлениями в Государственной научнотехнической программе (ГНТПР), подготовленной в 1993–1995 гг., признаны следующие.

1.Атомные станции нового поколения.

2.Экологически чистая тепловая энергетика.

3.Нетрадиционная энергетика.

4.Топливо будущего.

5.Экологически безопасная локализация радиоактивных отходов.

6.Водородная энергетика и технология.

7.Энергетика и технология угольных суспензий.

Программа периодически уточняется и корректируется на основе анализа развивающегося научно-технического прогресса за рубежом и в России, отбора приоритетов в области энергетики и связанных с ними экологических и научно-технических проблем.

Каждое их этих основных направлений включает в себя техническую концепцию направления, научно-технические задачи, которые необходимо решить в рамках направления, проекты реализации основных концепций в топливно-энергетическом комплексе.

7.1.АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (АЭС) НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Положения технической концепции направления заключаются в следующем:

–новое поколение АЭС должно соответствовать мировому уровню на период 2000 г. и обладать совершенными техническими и экономическими характеристиками;

–обеспечение ядерной и радиационной безопасности достигается за счет внутренних свойств безопасности реактора, повышения качества оборудования и применяемых материалов и методов строитель- но-монтажных работ; обеспечение экологически чистых процессов в течение всего срока службы АЭС;

–сокращение численности обслуживающего персонала благодаря повышению надежности оборудования, централизованному ремонтному обслуживанию, автоматизации технологических процессов.

96

В соответствии с принятой концепцией решение этих задач разделено на три поднаправления.

Первое – включает развитие реакторостроения на базе водоводяных реакторов корпусного типа (ВВЭР) и реакторов типа ВТБЭР. На их базе созданы три проекта АЭС повышенной безопасности: АЭС-600 и АЭС-1100 с реакторами нового поколения ВВЭР-500 и ВВЭР-1000, а также АЭС-600 с реактором ВПБР-600.

Второе – развитие АЭС рассчитано на повышение безопасности АЭС за счет ее подземного размещения (в скальном массиве). Здесь предусмотрена серия подземных АЭС повышенной безопасности с реакторными установками типа ВК, типа КАТ, Э-5 1, с жидким металлическим теплоносителем и повышенной тепловой мощностью.

Третье – развитие АЭС предусматривает обеспечение безопасности не за счет защитных инженерных барьеров, а за счет использования фундаментальных физических и химических свойств ядерного топлива, теплоносителя и других компонентов. Решение этой задачи реализуется в рамках проекта АЭС с быстрым реактором со свинцовым теплоносителем (типа БРЕСТ).

7.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Сюда включены разработки по новым технологиям подготовки и сжигания на крупных тепловых электростанциях наиболее характерных для России твердых топлив: канско-ачинских бурых, кузнецких каменных, антрацитового штыба ухудшенного качества, а также используемых на Урале экибастузских каменных углей. При этом основными требованиями для создания экологически чистых электростанций являются:

•выбросы оксидов серы (SOX) – не более 200...300 мг/нм³;

•выбросы оксидов азота (NOX) – не более 150...200 мг/нм³;

•выбросы золовых частиц – не более 50 мг/нм³;

•очищение жидких стоков от ТЭС – 100 %;

• доля используемой золы и других твердых отходов – не менее

80 %.

97

Основной научно-технической задачей, которая должна быть решена в рамках этого направления, является создание:

•котлов с новыми типами топочных устройств с циркулирующим кипящим слоем, котлов-утилизаторов, высоконапорных парогенераторов;

•высокотемпературных газовых турбин мощностью 115 МВт и мощных парогенераторов для их работы в составе парогазовых установок с внутрицикловой газификацией твердого топлива;

•сероочистных установок с производительностью по дымовым газам до 3 млн м³/ч;

•комплексных азотоочистных установок, включая каталитические реакторы, газо-газовые теплообменники, высоконапорные дымососы,

атакже технических средств для подавления оксидов азота при горении топлива;

•высокоэффективных фильтров, в том числе принципиально новых конструкций, для очистки дымовых газов от золы;

•нового поколения автоматизированных высокопроизводительных систем и комплексов экологически чистого горно-транспортного оборудования для вскрышных работ и добычи угля в угольных разрезах;

•способов и средств обеспечения производства отгружаемого угля стабильного качества, в том числе при разработке сложноструктурных угольных пластов;

•технологии и технических средств, обеспечивающих утилизацию отходов производства тепловых электростанций и предприятий угольной промышленности.

Решение указанных задач ведется по следующим проектам.

– Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) на базе Березовского угольного разреза, включающий проекты Березовской ГРЭС-2 с мощ-

ностью 6,4 млн кВт (8×800 МВт) с паротурбинными энергоблоками и котлами уменьшенных габаритов, рассчитанных на трехступенчатое сжигание пыли с предварительным подогревом и подсушкой угольной пыли, с установкой тканевых фильтров для улавливания золы, оксидов серы и азота.

Здесь же проектируется опытная парогазовая установка на базе газовой турбины мощностью 100...120 МВт и котла-утилизатора в качестве прототипа для полномасштабной парогазовой установки с внут-

98

рицикловой газификацией канско-ачинских углей (КАУ) под давлением.

–Южно-Уральская ГРЭС мощностью 2,0 млн кВт (4×500) с паротурбинными блоками повышенной эффективности с котлами 1650 т/ч, мокроизвестковой сероочисткой и каталитической азотоочисткой (на экибастузских каменных углях).

–Кировская ТЭЦ-5 с двумя парогазовыми установками мощностью 300 МВт, оснащенными газификаторами кузнецкого каменного

угля, высоконапорными парогенераторами производительностью

700т/ч и газотурбинными установками мощностью 115 МВт.

–Для сжигания АШ ухудшенного качества разрабатываются два проекта:

а) Ростовская ГРЭС мощностью 2,0 млн кВт с восемью паротурбинными энергоблоками по 300 МВт с котлами паропроизводитель-

ностью 2×500 т/ч с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) и электрофильтрами со знакопеременным напряжением;

б) опытно-промышленная установка (ОПУ) мощностью 200 МВт (тепл.) для сжигания твердого топлива в шлаковом расплаве в качестве прототипа полномасштабной энергетической безотходной установки на Несветай ГРЭС. Ряд типов разрабатываемых в России оригинальных конструкций агрегатов для экологически чистых ТЭС с новой технологией пылесжигания будут рассмотрены в отдельной работе.

7.3. НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Это направление программы решает научные задачи, связанные с вовлечением в топливно-энергетический баланс страны возобновляемых источников энергии (ВИЭ): солнечной, ветровой, геотермальной, энергии биомассы, а также низкопотенциального тепла.

Основная концепция разработок предусматривает сооружение демонстрационных и опытно-промышленных установок, их освоение, организацию крупномасштабного серийного производства основного и вспомогательного оборудования. Это позволит сооружение автономных установок для обеспечения энергетических нужд изолированных (децентрализованных) потребителей на базе нетрадиционных возобновляемых источников (НВИЭ). В области солнечного тепло-

99

снабжения разрабатываются прогрессивные и высокомеханизированные с автоматическим управлением для серийного производства долговечные и надежные солнечные коллекторы нового поколения. При фотоэлектрическом преобразовании солнечной энергии осваивается автоматизированное серийное производство высокоэффективных, надежных и относительно дешевых элементов, модулей и батарей на базе аморфного, кристаллического и поликристаллического кремния. Такие электрические установки малой мощности получают промышленное применение.

Вобласти геотермальной энергии предполагается создать надежное специальное технологическое и энергетическое оборудование, которое должно быть использовано для сооружения блочномодульных ГеоТЭС на Северном Кавказе (2 МВт) и Дальнем Востоке

(6 и 12 МВт).

Вветроэнергетике намечено создание ряда ветроэнергетических агрегатов мощностью до 250 кВт и развернуто их серийное производство.

Реализация заданий по созданию биоэнергетических установок для утилизации твердых и жидких отходов сельского хозяйства, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности предполагает использование через 10 лет до 15 % всех органических отходов, образующихся в стране.

Для решения поставленных задач подготовлено 16 проектов:

– ветроэнергетическая унифицированная установка (ВЭУ) мощно-

стью 8,100 и 250 кВт;

– разработка материалов и конструкций солнечных коллекторов нового поколения и освоение их серийного производства;

– создание и организация производства фотоэлектрических модулей из аморфного кремния объемом выпуска 1 МВт;

– создание переносных комплексных энергетических станций и сборноразборных водоподъемных установок на основе НВИЭ для автономных сельскохозяйственных потребителей;

– экологически чистая ГеоТЭС на основе подземной циркуляционной системы (ПЦС) в Ставропольском крае;

– экологически чистая биоэнергетическая система переработки куриного помета птицефабрики «Центральная» Владимирской области;

100