ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Сразу после праздников, 8-10 ноября, по инициативе и на базе Института теплофизики СО РАН прошла VI Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива», посвященная проблемам развития твердотопливной энергетики и энергомашиностроения в России. У истоков организации этого авторитетного форума энергетиков и энергомашиностроителей стояли академики Я. Зельдович и C. Кутателадзе.
С. Алексеенко, председатель оргкомитета конференции ГТТ,
директор Института теплофизики СО РАН, чл.-корр. РАН
В. Саломатов, член оргкомитета, доктор технических наук
Со времени проведения предыдущей, V конференции, прошло уже 20 лет. Для ученых это был тяжелый период выживания. И наконец-то, 20 лет спустя, было осознано властными структурами Российской Федерации, что энергетика уже становится тормозом развития экономики страны, более того, Россия ускоренно скатывается к опасной черте по уровню энергетической безопасности. В этой связи Президентом РФ были поставлены масштабные задачи по дальнейшему развитию энергетической отрасли, прежде всего на органическом и ядерном энергоносителях, имеющими на данный момент мощную сырьевую базу и научно-технические заделы для успешного решения проблем энергоэффективности и экологии.
 |
|
Прогнозные оценки развития мирового топливно-энергетического комплекса демонстрируют основную тенденцию — увеличение доли угля в выработке электрической и тепловой энергии. В перспективе ближайших 50 лет прирост генерирующих мощностей в мире будет осуществлен, главным образом, за счет тепловых электростанций на низкосортных углях, потребление которых уже к 2020 году может возрасти на 56 % по сравнению с 2000 годом. Увеличение доли угля потребует разработки и тиражирования энергетически совершенных и экологически перспективных технологий использования этого полезного ископаемого.
В сравнении с мировой энергетической практикой (уголь — 61 %, газ — 26 %) пропорции использования угля и газа в нашей стране прямо противоположны (уголь — 29%, газ — 64 %). Это результат так называемой «газовой паузы» в отечественной энергетике. В итоге к 2000 г. из топливно-энергетического баланса теплоэнергетики было изъято почти 45 млн т угля. По прошествии десяти лет преимущественного сжигания в топках котлоагрегатов «валютообразующего» энергоносителя — газа — главные задачи, возлагавшиеся на этот период и связанные с разработкой и широким тиражированием экологически чистых технологий сжигания низкокачественных углей, так и не были выполнены. Следует подчеркнуть, что повторный возврат к угольной энергетике без значительных капиталовложений оказывается чрезвычайно трудным, а в ряде случаев — нереализуемым.
Все ведущие промышленные страны активно поддерживают исследования и разработки в области экологически чистых угольных технологий (термин американских специалистов). Наиболее масштабны известные программы: в США — ССТ, Combustion-2000; ЕС — Thermi, Joule II; и РФ — «Экологически чистая энергетика».
Чистые угольные технологии могут быть введены в любую из трех ступеней твердотопливного парогенератора: предтопочную, топочную или послетопочную. Правда, технологии отличаются дороговизной и длительным периодом освоения. Однако, некоторые из них уже сегодня пригодны для коммерческого использования как для целей наращивания новых мощностей ТЭС, так и для реконструкции существующих энергетических установок. Тем самым создается необходимая технологическая база для развития экологически чистых ТЭС XXI века.
Каковы же проблемы использования угля в энергетике России?
Несмотря на то, что теплоэлектроэнергетика вносит до 50 % антропогенных выбросов SO2 в атмосферу, системы сероочистки на действующих ТЭС России практически отсутствуют. Удельные выбросы диоксида серы при выработке 1 МВт/ч в России превышают аналогичные в США в 3-9 раз! За рубежом для послетопочной очистки дымовых газов от SO2 при сжигании углей с высоким содержанием серы наибольшее распространение получили абсорбционные методы с применением известняка или извести. Эффективность таких установок в улавливании SO2 составляет порядка 90 %. При оснащении ТЭС сероочистным оборудованием такого типа его относительная стоимость составляет 22-26 % от стоимости капитальных вложений в ТЭС. При очистке дымовых газов при сжигании малосернистых углей наибольший удельный вес приходится на распылительную абсорбцию, исключающую жидкие стоки. Такая технология позволяет добиться эффективности улавливания диоксида серы в 70-80 %. Количество оксидов серы в дымовых газах, в основном, зависит от содержания серы в исходном топливе. Например, угли Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов отличаются малым содержанием серы в топливе (в первом случае
Sp < 0,6 %, во втором — до 1 %), что предопределяет пониженный выход диоксида серы при их сжигании в энергетических парогенераторах. (Кстати, в архивах СО РАН хранятся разработки и соответствующие программы.)
Для денитрификации эвакуируемых дымовых газов до санитарных норм (в большинстве стран допустимая концентрация NOx не выше 200 мг/кубометр) в основном применяется селективное каталитическое восстановление (СКВ) аммиаком. Эффективность такой очистки от дымовых газов составляет около 80 %. Относительная стоимость установок СКВ — порядка 20 % от стоимости ТЭС. В отечественной теплоэлектроэнергетике реализованы только первичные мероприятия по снижению выбросов, связанные с усовершенствованием топочного процесса (ступенчатое сжигание, пыль высокой концентрации, низкоэмиссионные горелки и др.). Такие мероприятия позволяют снизить концентрацию дымовых газов при сжигании каменного угля до 500 мг/кубометр. Затраты на проведение первичных мероприятий по снижению выбросов оказываются в 10-15 раз меньше, чем стоимость установок СКВ. Однако эффективность первичных технологических мероприятий существенно зависит от режима работы твердотопливного котлоагрегата, и в силу этого на большинстве ТЭС России удельные выбросы на 1 МВт/ч превышают аналогичные в США в 2-3 раза.
Энергетика на угле оказывает наибольшее экологическое воздействие на среду обитания. Это и токсичные газовые продукты, агрессивные жидкие стоки, шлакоотвалы, зола уноса, тепловые сбросы. Поэтому использование твердого топлива в теплоэлектроэнергетике должно быть комплексным, с параллельным решением ресурсосберегающих и природоохранных проблем. Достижение наивысших энерго-эколого-экономических показателей обеспечивается, по нашему убеждению, реализацией на базе ТЭС мультитехнической системы — энергоагропромкомплекса (ЭАПК). ЭАПК может и должен стать магистральным направлением развития отечественной теплоэлектроэнергетики.
Таким образом, сдвиг в теплоэлектроэнергетике в сторону увеличения использования низкосортных твердых топлив, прежде всего, местных, с одной стороны, повышает уровень энергетической безопасности, с другой — требует применения современных эколого-обеспечивающих угольных технологий.
Несмотря на скудное финансирование НИР и ОКР по угольной теплоэлектроэнергетике и энергомашиностроению, за прошедшие годы, тем не менее, выполнен ряд исследований по теории, эксперименту и сжиганию твердого топлива и сопутствующим проблемам. Круг рассматриваемых на конференции вопросов ограничился в основном наиболее актуальными на данный момент результатами сжигания и переработки твердого топлива.
В конференции участвовали ученые академических институтов; преподаватели вузов Европейской части, Урала, Сибири и Дальнего Востока РФ; сотрудники ведущих отраслевых институтов Москвы (ВТИ, ИГИ, «Гидротрубопровод»), Санкт-Петербурга (ЦКТИ) и других городов; конструкторы энергомашиностроительных заводов гг. Подольска, Таганрога, Барнаула, Бийска; эксплуатационный персонал ТЭС; представители дальнего зарубежья из Германии, Сербии, а также стран СНГ — из Украины, Казахстана, Узбекистана.
Программа конференции включала свыше 120 докладов по пяти секциям: теория горения и моделирование топочных процессов; технологии сжигания твердых топлив; глубокая переработка угля; минеральная часть топлива в процессе сжигания и переработки; экологические проблемы сжигания твердых топлив. Основная часть докладов охватывала широкий спектр вопросов по сжиганию натуральных твердых топлив. Обсуждались новые экспериментальные данные, полученные на пилотных установках и промышленных агрегатах, а также результаты моделирования топочных процессов с учетом аэродинамики, тепломассообмена, турбулентности, излучения, химкинетики образования токсичных выбросов. Обсуждались исследования и разработки по новым технологиям сжигания угля. Это циркулирующий и пузырьковый кипящий слой, высокотемпературное и низкотемпературное сжигание в вихревых потоках, водоугольные суспензии, а также достижения в перспективном направлении парогазовых технологий.
Большое внимание уделялось вопросам охраны окружающей среды при сжигании угольного топлива как за счет технологических способов подавления вредных ингредиентов, так и путем применения эффективных очистных систем.
Достаточно широко в докладах отражены технологии энерготехнологической переработки угольного топлива с получением не только тепловой и электрической энергии, но и дополнительных продуктов, обладающих потребительскими свойствами для строительной индустрии, черной металлургии, сельского хозяйства, минеральных удобрений и других отраслей.
Оргкомитет конференции ставит своей целью сформулировать координационную программу научно-технологических исследований в области угольной теплоэнергетики и энергомашиностроения, а также определить механизмы инновационной деятельности в этой предметной сфере.
Надеемся, что этот важный форум энергетиков и энергомашиностроителей примет регулярный характер и будет вносить свой весомый вклад в становление и развитие энергетического потенциала России.
стр. 6
|
