Название: Природоохранные технологии на ТЭС и АЭС Часть 2 - учебное пособие (Саломатов В.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1387


2.2. отечественные программы

 

Анализ материалов энергетических организаций и большого числа конгрессов и конференций позволил сделать вывод о том, что дальнейшее развитие энергетики Российской Федерации может в перспективе сдерживаться не недостатком первичных энергетических ресурсов, а негативным воздействием объектов топливно-энергетического комплекса и энергопотребляющих  установок на окружающую среду.

Устранить это потенциальное препятствие развитию энергетического хозяйства можно тремя основными путями:

– совершенствованием структуры топливно-энергетического баланса, увеличением в нём в экономически оправданных пределах доли энергоресурсов, оказывающих наименьшее негативное воздействие на окружающую среду;

– оснащением энергопроизводящих, энергопотребляющих предприятий очистными установками и сооружениями по утилизации отходов энергетического производства;

– повышением энергетической эффективности материального производства, снижением непроизводительных потерь топлива и энергии во всех сферах экономики на базе технического перевооружения основных производственных фондов.

В Российской Федерации, находящейся в переходном периоде от плановой системы ведения хозяйства к рыночным отношениям, важным направлением повышения эффективности в энергетике и, следовательно, снижения её негативного воздействия на экологию являются структурные изменения в народном хозяйстве, связанные с увеличением доли малоэнергоёмких производств и сферы услуг.

Для концентрации усилий научных, проектно-конструкторских, производственных организаций на решении указанных задач в 1989 году была разработана и начата реализация государственной научно-технической программы (ГНТП) «Экологически чистая энергетика» [2.7].  В программу были включены четыре основных направления: «Безопасная атомная станция», «Экологически чистая тепловая электростанция на твёрдом топливе», «Нетрадиционная энергетика», «Топливо будущего».

В течение 1991 г. программа была дополнена ещё пятью направлениями: экологически безопасная локализация радиоактивных отходов, подземные атомные электростанции, нетрадиционная концепция АЭС с естественной безопасностью, водородная энергетика и технология, энергетика и технология угольных суспензий.

Основная цель программы – создание и освоение перспективных экологически более чистых и безопасных технологий производства электрической и тепловой энергии, позволяющих вовлечь в энергетический баланс атомную энергию, низкосортные твёрдые топлива, нетрадиционные возобновляемые источники энергии, обеспечить экономию и рациональное использование энергоресурсов, резко снизить вредное влияние энергетических предприятий на окружающую среду.

Каждое основное направление включает в себя конкретные проекты, которые были отобраны в результате проводимых конкурсов с последующим рассмотрением их итогов на научных советах (секциях), образованных по ГНТП «Экологически чистая энергетика». Одними из главных условий включения проекта в ГНТП были наличие конкретного заказчика и его возможность финансировать НИОКР в объёме не менее 50 \% стоимости. Ежегодно на научном совете ГНТП рассматривались итоги работы и вносились уточнения и изменения. Значительные изменения пришлось внести в программу в связи распадом Советского Союза на отдельные независимые государства. В итоге некоторые проекты не стали иметь заказчиков или на них не были выделены финансовые ресурсы со стороны новых государств. Особенно это сказалось на проектах, включённых в основное направление «Нетрадиционная энергетика». Проводимая правительством России экономическая реформа привела к многократному повышению стоимости работ, особенно  по изготовлению образцов оборудования, что отрицательно повлияло на сроки выполнения отдельных заданий. Некоторые предприятия вынуждены были пересмотреть стоимость проектов и сроки их выполнения. Возникли серьёзные трудности с выделением капитальных вложений для осуществления проектов.

Несмотря на эти отрицательные факторы, работы по проектам, включённым в ГНТП «Экологически чистая энергетика», продолжаются. Выполнение указанной программы по второму направлению работ характеризуется следующими данными.

Все проекты удовлетворяют как экологическим, так и технико-экономи-ческим требованиям. Разработанные технологии обеспечивают возможность использования золы в объёме не менее 80 \%, 100 \%-ю очистку жидких стоков ТЭС. По показателям экологической чистоты все проекты находятся на уровне наиболее жёстких требований, введённых или рассматриваемых на перспективу за рубежом.

Осуществление этих проектов позволит создать современные, конкуренто-способные, экологически чистые тепловые электростанции: на канско-ачин-ском угле (КЭС) мощностью 5,0…6,4 млн. кВт с энергоблоками единичной мощ-ностью 600…800 МВт, на экибастузском угле КЭС мощностью 4 млн кВт с энер-гоблоками 500 МВт, на кузнецком угле ТЭЦ мощностью 1,1…1,25 млн. кВт

с энергоустановками единичной мощностью 300 и 180…225 МВт; на донецком АШ ухудшенного качества КЭС мощностью 2,4 млн кВт с энергоблоками

по 300 МВт.

Основными  научно-техническими задачами, которые необходимо решить в рамках этого направления, являются:

– разработка и создание азотоочистных установок, включая каталитические реакторы, с катализаторами сотовой структуры, газо-газовые теплообменники, высоконапорные дымососы и другое оборудование, а также технических средств по подавлению оксидов азота при горении топлива;

– разработка и создание сероочистных установок различной производительностью по дымовым газам (до 3 млн м3 газа в час);

– разработка и создание высокоэффективных золоуловителей, в том числе принципиально новой конструкции, для очистки дымовых газов от золы;

– создание высокотемпературных газовых турбин мощностью 115…200 МВт и мощных газогенераторов для их  работы в составе парогазовых установок

с газификацией твёрдого топлива;

– создание паровых котлов с циркулирующим кипящим слоем, а также котлов принципиально новых конструкций (с аэрофонтанными предтопками, с сжиганием топлива в шлаковом расплаве);

– создание нового поколения автоматизированных высокопроизводительных систем и комплексов экологически чистого горнотранспортного оборудования для ведения вскрышных и добычных работ;

– разработка способов и создание средств обеспечения производства отгружаемого угля стабильного качества, в том числе в условиях сложноструктурных угольных пластов;

– создание на принципиально новой основе высокопроизводительных эффективных сепараторов для выделения породы в начальной стадии обогащения угля;

– создание высокоэффективных флотационных машин и фильтрующих аппаратов, обеспечивающих максимальное извлечение угля и замыкание водно-шламового цикла внутри здания обогатительных фабрик;

– создание технологий и технических средств, обеспечивающих утилизацию в интересах народного хозяйства отходов производства тепловых электростанций и предприятий угольной промышленности.

Предусмотренные вторым основным направлением ГНТП «Экологически чистая энергетика» работы обеспечат сокращение выброса в атмосферу твёрдых частиц, сернистых и азотистых соединений, а также сбросов загрязненных вод. Однако это не в полной мере решает задачу создания экологически чистой тепловой электростанции.

После завершения основных научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по перечисленным выше проблемам понадобится, вероятно, расширить сферу деятельности в рамках ГНТП в области экологически чистой тепловой электростанции на твёрдом топливе с целью:

– проведения комплекса исследований (фундаментальные исследования в рамках академической и вузовской науки необходимо начинать немедленно) и разработок для выявления возможности резкого сокращения выброса тепловыми электростанциями в атмосферу углекислого газа – основного парникового газа. Эта проблема ранее не разрабатывалась в техническом плане,

и поэтому необходимо начать  с фундаментальных исследований;

– создания более прогрессивных схем и оборудования, обеспечивающих эффективное сооружение и эксплуатацию тепловых электростанций с полностью замкнутым циклом технического водоснабжения, перевода действующих ТЭС с прямоточного на замкнутое водоснабжение;

– разработки и создания средств, обеспечивающих практически полное исключение попадания оксидов серы и азота в дымовые газы;

– разработки технологий, обеспечивающих эффективное извлечение из золы и шлаков ценных компонентов;

– разработки методов и технических средств для резкого сокращения теплового загрязнения электростанциями естественных водотоков и водоёмов.

Основными научно-техническими задачами, которые необходимо также решить в рамках рассматриваемого направления ГНТП, являются разработка

и создание:

– котлоагрегатов с новыми типами топочных устройств (с циркулирующим кипящим слоем, аэрофонтанными предтопками, с предтопками с жидким шлакоудалением, со сжиганием топлива в шлаковом расплаве) с минимально возможным на период освоения выходом вредных составляющих в дымовых газах электростанций; 

– высокотемпературных газовых турбин мощностью 115…200 МВт

и мощных газогенераторов для их работы в составе парогазовых установок

с газификацией твердого топлива;

– сероочистных установок различной производительностью по дымовым газам (до 3 млн м3/ч);

– комплектных азотоочистных аппаратов, включая каталитические реакторы с катализаторами сотовой структуры, газо-газовые теплообменники и др.;

– высокоэффективных фильтров, в том числе принципиально новой конструкции, для очистки дымовых газов от золы;

– нового поколения автоматизированных высокопроизводительных систем и комплексов экологически чистого горнотранспортного оборудования для ведения вскрышных работ и добычи угля на угольных разрезах;

– высокопроизводительных эффективных сепараторов для выделения породы в начальной стадии обогащения угля на принципиально новой основе;

– высокоэффективных флотационных машин и фильтрующих аппаратов, обеспечивающих максимальное извлечение угля и замыкание водно-шламо-вого цикла внутри здания обогатительных фабрик;

– технологий и технических средств, обеспечивающих утилизацию в народном хозяйстве отходов производства ТЭС и предприятий угольной промышленности.

Наряду с проверенными в мировой практике технологиями некоторые проекты, включенные в основное направление «Экологически чистая тепловая электростанция» государственной научно-технической программы «Экологически чистая энергетика», обладают оригинальными техническими решениями.

Например, проект электростанции на канско-ачинском угле с паротурбинными энергоблоками по 800 МВт каждый не предусматривает применения традиционных серо- и азотоочистки благодаря содержанию большого количества свободного кальция в топливе, который активно соединяется с оксидами серы, превращая их в безвредные компоненты. Достижение необходимой концентрации оксидов азота в газах решается, прежде всего, за счет подогрева угольной пыли до 500…600 оС в условиях недостатка кислорода,

а также других технических мероприятий.

Определенный интерес представляет проект создания энергоустановок единичной мощностью 500 МВт с аэрофонтанными предтопками на экибастузском  угле. В этих предтопках происходит газификация кускового топлива в циркулирующем кипящем слое, зола выводится из предтопков, а генераторный газ сжигается в котле.

К нетрадиционным технологиям необходимо отнести также метод сжигания донецкого антрацитового штыба в шлаковом расплаве. Этот проект предусматривает сочетание металлургических печей с котельным агрегатом,

в топке которого происходит сжигание продуктов газификации угля. Дробленое топливо и молотый известняк поступают в горизонтальную печь-камеру, в которой в расплаве жидкого шлака уголь газифицируется и частично сжигается. Для интенсификации процесса в печь подается воздух, обогащенный кислородом. Образовавшиеся в этих условиях оксиды серы связываются окисью кальция, а ведение процесса при недостатке кислорода способствует снижению образования окислов азота.

Имеются также другие технические решения в рамках остальных проектов, которые в определенной степени отличаются новизной. Однако они, как и описанные ранее, требуют проверки на пилотных или опытно-промыш-ленных установках.

Рассмотрим более подробно поддержанные проекты по направлению «Экологически чистая тепловая электростанция» [2.8]. Этим направлением предусматривается  создание прогрессивных экологически чистых технологий и оборудования для добычи угля открытым способом, его транспорта на тепловые электростанции и сжигания на электростанциях наиболее перспективных видов твёрдого топлива в условиях России.  К таким видам топлива следует отнести канско-ачинский бурый уголь, кузнецкие и экибастузские каменные угли,  донецкий антрацитовый штыб ухудшенного качества.

Ведущие научно-исследовательские и проектные организации Минтопэнерго, Академии наук завершили комплекс исследований и проектных обоснований по девяти альтернативным вариантам проектов тепловых электростанций на указанных выше четырёх видах угля. На конкурсной основе был произведён выбор вариантов проектов для реализации. Это следующие проекты (табл. 2.3):

 – топливно-энергетический комплекс в составе угольного разреза Берёзовский № 2 и Берёзовской ГРЭС № 2 с восемью паротурбинными энергоблоками мощностью по 800 МВт, оснащенными паровыми котлами со ступенчатым сжиганием канско-ачинского угля и тканевыми рукавными фильтрами для очистки дымовых газов;

– топливно-энергетический комплекс в составе угольного разреза Южный, углеобогатительной фабрики и  Экибастузской ГРЭС № 3 с восемью паротурбинными энергоблоками мощностью по 599 МВт, оснащёнными модернизированными котлами типа П-57р с тангенциальной топочной камерой, мокроизвестняковой сероочисткой и каталитической азотоочисткой;

– теплоэлектроцентраль с парогазовыми установками мощностью по 399 МВт, оснащёнными газификаторами кузнецкого угля, высоконапорными парогенераторами производительностью по 650 т/ч и газовыми турбинами мощностью по 115 МВт. В связи с отказом Кузбассэнерго от реализации этого проекта на Петровской ТЭЦ Минтопэнерго Российской Федерации в ноябре 1991 г. в качестве объекта реализации проекта определена Кировская ТЭЦ № 5;

– Ростовская ГРЭС с восемью паротурбинными энергоблоками мощностью по 300 МВт, оснащёнными двумя котлами паропроизводительностью по 500 т/ ч каждый с циркулирующим кипящим слоем и электрофильтрами со знакопеременным напряжением.

Кроме того, рекомендовано в рамках этого  направления программы предусмотреть сооружение трёх опытно-промышленных установок:

– на Берёзовской ГРЭС № 1 парогазовой установки на базе газовых турбин мощностью 100…200 МВт с газификацией канско-ачинского угля под давлением;

– на Экибастузской ТЭЦ котла с использованием аэрофонтанных предтопков для сжигания высокозольного (необогащённого) экибастузского угля;

 

Табл. 2.3

 

– на Харьковской ГРЭС № 2 котла паропроизводительностью 150 т/ч для сжигания донецкого угля в шлаковом расплаве.

Как следует из этих данных, по трём проектам заказчиками являются не российские предприятия, в связи с чем пришлось остановить финансирование этих проектов со стороны российского госбюджета до подписания соответствующего соглашения между заинтересованными сторонами об их участии в реализации этих проектов. Минтопэнерго России предложило изменить объект реализации проекта по экибастузскому углю с Экибастузской ГРЭС-3 на Южно-Уральскую ГРЭС.

В 1992 г. в рамках этого направления планировалась разработка технических проектов котлов для Берёзовской ГРЭС № 2 в КАТЭК, рукавных и кассетных фильтров для очистки газов от оксидов серы, азота и пыли. Должен быть уточнён проект парогазовой установки с газификацией кузнецкого угля для Кировской ТЭЦ № 5 и разработано ТЭО на сооружение на Омской ТЭЦ № 2 стенда по отработке технологии извлечения из дымовых газов углекислоты. Для Ростовской ГРЭС намечена разработка ТЭО электростанции и технического проекта котла производительностью 500 т/ч с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) в топке, а также начато изготовление крупномасштабной стендовой установки с ЦКС тепловой мощностью 10-15 МВт. Предусмотрена разработка ТЭО на сооружение на Берёзовской ГРЭС № 1 опытно-промыш-ленной парогазовой установки с газификацией канско-ачинского угля под давлением.

В настоящее время участники программы «Экологически чистая энергетика» находятся на очень ответственном этапе, когда необходимо приступить

к реализации конкретных проектов. В условиях, когда экономическое положение России нестабильно, важно правильно найти организационные формы, позволяющие наиболее эффективно использовать выполненные научные разработки. К числу таких форм следует отнести создание акционерных обществ, привлечение зарубежных партнеров, создание предпосылок для обеспечения выхода проектов на международный рынок с привлечением иностранных инвестиций.