Разработки научно-исследовательского и проектно-изыскательского института «Новосибирсктеплоэлектропроект» Сибирского ЭНТЦ

В энергетическом балансе России уголь занимает значительно меньше места, чем в среднем в мире, именно угольные электростанции производят 38 % мировой электроэнергии, в России же за счет сжигания угля производится чуть больше 20 % электроэнергии, хотя у нас находится четверть мировых запасов этого топлива.

Действительно, дешевый газ на внутреннем рынке «убивает» интерес энергетиков к углю, но если произойдет предполагаемая либерализация газового рынка и соотношение цены на газ и уголь подтянутся к мировому, то спрос на уголь на внутреннем рынке начнет расти.

При этом надо четко представлять, что использование самого дешевого топлива не обеспечивает само собой получение самой дешевой энергии, так как на угольных электростанциях достаточно громоздкий и сложный процесс подготовки топлива к сжиганию, а хранение его связано с ощутимыми потерями.

Чтобы вернуться в энергетику, «уголь не должен оставаться архаичным топливом». Речь должна идти не только о сжигании угля, но и о технологии производства угольного топлива и его сжигании.

Пока же самые передовые способы сжигания угля, включая кольцевые топки и топки с кипящим слоем, обременены действительно архаичными системами топливоподачи и пылеприготовления с целым букетом осложняющих факторов, как то: унос, окисление, возгорание, пыление. Учет этих факторов определяет необходимость организации затратной эксплуатации узлов приема и хранения угля, устройства систем аспирации и гидроуборки, повышения огнестойкости несущих строительных конструкций, что приводит к дополнительнымзатратам без обеспечения 100 процентного результата.

Поэтому сотрудники Новосибирсктеплоэлектропроекта» Сибирского ЭНТЦ предлагают обратить внимание на водоугольное топливо, которое, даже, несмотря на имеющиеся недостатки, а именно:

– значительные энергозатраты на приготовление;

– большие удельные расходы металла мелющих органов;

– необходимость применения специальных дорогостоящих добавок для стабилизации готовой водоугольной суспензии;

– некоторое увеличение влажности топлива.

Перечисленные недостатки объективны и имеют место в процессе производства водоугольных суспензий везде, где ВУС производится (Китай, Италия, Канада, Япония). Однако требует некоторых сопоставлений потери от увеличения влажности топлива (до 2 % КПД при приготовлении КаВУТ из высококалорийных углей и без снижения КПД при использовании увлажненных отходов процессов обогащения) с потерями твердого топлива при его транспортировке, хранении и подготовке к сжиганию, составляющих до 10 %, что и проявляется в низкой эффективности паротурбинных угольных энергоблоков.

К объективным причинам при попытке использовать ВУС с Беловской ГРЭС на Новосибирской ТЭЦ-5 следует добавить некоторые наши особенности, как - то: низкое качество оборудования на всех этапах приготовления, транспортировки и сжигания ВУС и такое же качество выполнения работ.

Резонанс от опыта ТЭЦ-5 в целом отрицательный, тем не менее необходимо еще раз вернуться к вопросу водоугольного топлива, потому что существует, опробован и проверен новый способ получения водоугольного топлива с использованием кавитации.

Кавитационная технология приготовления водоугольного топлива характеризуется высоким уровнем местного динамического компрессионного и температурного воздействия на обрабатываемый материал (до 2000 ^оС и 25 000 атм.), в результате чего твердый компонент смеси измельчается до заданной степени дисперсности, а суспензия приобретает новые свойства, выгодно отличающие её от получаемой традиционным способом, в том числе:

– стабильность на протяжении длительного времени (контрольные образцы выдерживаются более 24 месяцев) и пластичность без каких-либо присадок при достигнутом содержании твердого до 70 %;

– частично обезвоженное топливо обладает ярко выраженной тиксотропностью, что гарантирует при применении вибрационных технологий надежную выгрузку топлива из транспортных емкостей;

– полностью высушенное или частично обезвоженное топливо переходит при добавлении воды в состояние устойчивой суспензии без механического побуждения;

– топливо не увеличивает объема при замерзании, а после размораживания восстанавливает свои исходные свойства.

В отличие от описаний кавитационной или гидродинамической переработки угля, приводимых в ряде публикаций, посвященных теме кавитаторов, пригодных для лабораторных исследований, нами разработана и предложена для применения на различных объектах технологическая линия по приготовлению кавитационного водоугольного топлива (КаВУТ) производительностью 30 т/ч по исходному топливу со следующими показателями:

– низкие удельные энергозатраты (до 30 кВтч) и расход металла рабочих органов кавитатора (менее 150 г) на тонну переработанного угля;

– предельная компактность (линия размещается в объеме 1386 м³, т.е. 46,2 м³/т в час), простота в эксплуатации и обслуживании;

– уже достигнутый ресурс рабочего органа кавитатора составляет 200 ч, а замена его производится в течение 15 мин. Рабочие органы насосов-кавитаторов изготавливаются из чугуна или простых сталей, и затраты на них составляют примерно 1 (один) рубль на тонну переработанного угля;

– затраты на приготовление КАВУТ составляют 69 рублей на одну тонну;

– удельные затраты на сооружение установки по приготовлению КАВУТ составляют 58 руб./т в год, узла хранения нормативного запаса и подачи топлива на сжигание – 39 руб/т в год.

Перечисленные показатели получены в результате анализа работы опытной установки по приготовлению КаВУТ, более года эксплуатировавшейся на Енисейском ЦБК в Красноярске.

К настоящему времени разработана техническая документация кавитатора производительностью 240 т/ч с предполагаемым ресурсом рабочего органа до 500 ч.

В качестве исходного материала для приготовления КАВУТ должны использоваться увлажненные отходы процессов углеобогащения. Поэтому представляется оптимальной схема размещения узлов приготовления КаВУТ при углеобогатительных фабриках с транспортировкой готового продукта до потребителей в автомобильных и железнодорожных цистернах или трубопроводами.

В этом случае водоугольное топливо становится частью номенклатуры продукции углеперерабатывающего предприятия, вырабатывающего дополнительный товар за счет более глубокой переработки сырья с получением дополнительной прибыли.

По согласованию с новосибирским институтом «Гипроуголь» в наших расчетах принята стоимость исходого материала для производства КАВУТ в сумме 100 руб/т. При этом стоимость готового КаВУТ составит 330 руб/т и снижение себестоимости вырабатываемой тепловыми электростанциями энергии – от 23 до 36 %, а снижение стоимости строительства новых ТЭС за счет отказа от сооружения узлов приема и подачи твердого топлива составит от 4 до 10 %.

В случае перевода действующих угольных ТЭС на сжигание КАВУТ затраты на реконструкцию окупятся за период от 1 до 3,5 лет.

КаВУТ предполагается получать из следующих отходов процесса обогащения угля:

кек фильтр-прессов – А^р=52,0 %, W=40 %

промпродукт – А^р=19,0 %, W=20,0 %

шлам 0–1 мм – А^р=9,0 %, W=15 %

порода отсадки – А^р=85,0 % W=15 %

По данным новосибирского института «Гипроуголь», от обогатительных фабрик Кузбасса уже сейчас можно получать таких отходов до 10,0 млн.т в год, а выработанная при сжигании 10,0 млн.т КАВУТ энергия (электрическая и тепловая в комбинированном режиме на новых крупных и малых ТЭЦ) в количествах до 13,3 млрд кВт.ч электроэнергии и до 18,3 млн Гкал тепловой энергии в год даст дополнительную прибыль энергопроизводителям в 1330 млн рублей за электроэнергию и 1465 млн рублей за тепло за каждый год работы при экономии затрат на строительство новых ТЭЦ, сжигающих КАВУТ, от 8,0 до 13,0 млрд рублей.

Положительно себя зарекомендовала конструкция гидромеханического кавитатора, разработанная коллективом авторов [1].

Разработчиком конструкции кавитаторов и поставщиком готовых изделий является ООО «Технокомплекс» (г. Барнаул).

Комплексным проектированием объектов по приготовлению и использования КАВУТ занимается научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт «Новосибирсктеплоэлектропроект» Сибирского ЭНТЦ.

Для привлечения инвесторов к широкому внедрению предлагаемой технологии необходимо выполнить в качестве демонстрационного проект перевода мазутных водогрейных котлов пиковой котельной Новосибирской ТЭЦ-5 на сжигание КаВУТ и реализовать его в ближайшие годы. При этом основной объем затрат составит реконструкция водогрейных мазутных котлов с установкой новых горелочных узлов, а также организацией системы золоулавливания и шлакоудаления, но при сооружении узлов приготовления КаВУТ производительностью 300 т/ч и подачи его на сжигание могут быть использованы построенные в составе опытно-промышленного комплекса объекты по приему и сжиганию водоугольной суспензии.

Затраты на реализацию могут быть определены на основании проектных проработок, которые сотрудники института «Новосибирктеплоэлектропроект» выполнят с привлечением котельного завода в достаточно короткий срок.

При ожидаемых количествах отходов от процесса обогащения углей Кузбасса, используемых для приготовления КАВУТ до 3,0 млн т в год, выработанная на этом количестве КАВУТ энергия (электрическая и тепловая в комбинированном режиме на новых крупных и малых ТЭЦ) в количествах до 4 млрд кВт/ч электроэнергии и до 5,5 млн Гкал тепловой энергии в год даст дополнительную прибыль энергопроизводителям в 400 млн рублей за электроэнергию и 440 млн рублей за тепло за каждый год работы, при экономии затрат на строительство новых ТЭЦ, сжигающих это топливо, до 2,5 млрд рублей.

Снижение уровня пожаровзрывоопасности электростанции, улучшение санитарно-гигиенических условий эксплуатации топливного хозяйства, улучшение экологических показателей работы предприятия в данном расчете не учтены.