Технологии переработки угля

Лекция 5. Перспективы повышения эффективности использования традиционных энергоресурсов

План лекции

Перспективы угольной энергетики. Подземная газификация.

Атомные станции. Атомные установки на транспорте.

Развитие гидроэнергетики. Приливные электростанции.

Перспективы ветряной энергетики.

Перспективы угольной энергетики.

http://www.sibai.ru/gorenie-tverdogo-topliva-perspektivyi-ugolnoj-energetiki1.html

Горение твердого топлива: перспективы угольной энергетики

С 8 по 10 ноября в Институте теплофизики СО РАН прошла Всероссийская конференция «Горение твердого топлива». Десятки ученых и представителей энергетического комплекса обсуждали проблемы и пути решения перехода энергетики России на угольное топливо.

Необходимость такого перехода сегодня уже ни у кого не вызывает сомнений. Остальных топливных ресурсов хватит на значительно меньший срок, а их стоимость гораздо выше. В России разница в цене на уголь, газ и нефть пока не настолько велика, как, например, в Европе, но положительная динамика роста цен на нефть и газ по сравнению с углем очевидна. За последние годы цена на нефть и газ выросла на порядок, а на уголь - в полтора-два раза. Из расчета потребления топлива на 2000 год, мировых нефтяных запасов хватит примерно на 48 лет, газа - на 60 лет, а угля - более чем на 220. Мировые запасы угля огромны, и Россия стоит в списке обладателей этих ресурсов на третьем месте после стран Азиатско-Тихоокеанского региона и Северной Америки. В РФ вместе со странами бывшего СНГ залегает около 24% мировых запасов угля. В структуре потребления первичных энергетических ресурсов России уголь занимает всего 18%, тогда как нефть - 21%, а газ - 52%. Сегодня значительно выгоднее и с экономической и с экологической точки зрения экспортировать большую часть добываемого газа и нефти. Каждый год потребления угля в мире растет на 5%. В 1988 году в нашей стране добыча угля составила 748 млн т, а в 2005 - 1 млрд т. Однако угольное топливо в мировой энергетике используется значительно интенсивнее, чем в России, и причина тому - отсутствие технологической базы и готовности власти на деле поддержать необходимую реформу, которая, как показывает зарубежная практика, окупает все затраты в предельно короткие сроки.

Привлечь интерес к угольной энергетике и продемонстрировать готовность участия фундаментальной науки в процессе перехода на уголь, по словам председателя оргкомитета, директора Института теплофизики чл.-корр. РАН Сергея Алексеенко, это явилось целью конференции: «За постперестроечные годы мы растеряли и кадровый потенциал, и опыт, и оборудование. Именно поэтому на конференции мы рассматриваем все аспекты угольной энергетики: физику горения, математическое моделирование топочных процессов, новые технологии сжигания. Новейшим направлением является глубокая переработка угля перед использованием. Если рассматривать перспективу перехода большей части энергетики на уголь, эта тема особенно важна, поскольку он, к сожалению, не является экологически чистым топливом. В этой связи существуют две основные тенденции в мировой угольной энергетике - переход на сверхкритические параметры пара и установки газификации угля. В России велась работа по созданию экологически чистых ТЭЦ еще в 1989 г., но время сыграло по своим правилам. Сегодня в Институт теплофизики со всей России приехали не только ученые, но и представители энергетических компаний, проектных организаций, есть и зарубежные гости. Надеюсь, это даст хороший толчок к развитию российской угольной энергетики и поможет решить целый ряд сопутствующих этому процессу проблем».

ПОЗАДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ

С 28 октября по 3 ноября в Москве прошел Международный энергетический форум, в котором принял участие советник Российской Академии наук Геннадий Грицко. Одной из главных тем этого форума также стала угольная энергетика, перспективы ее развития в России. Запасы энергетической ценности угля и урана в России составляют 76%, а в топливно-энергетическом балансе страны - менее 20-ти. «Газовая пауза затянулась, и дело здесь не в ценах, - говорит Геннадий Грицко, - мы до сих пор еще находимся на стадии продолжающегося раздела собственности. Дефицит газа составляет последние годы 25-30 млн куб. м, и мы уже закупаем газ, чтобы снабжать самих себя и страны, с которыми заключены долгосрочные договоры, с одной лишь Украиной ведется 28 проектов. Вокруг этого строится большая политика. Президент России во всеуслышание заявил, что дальше так продолжаться не будет - энергетика такой большой страны не может базироваться на одном природном газе. Международные отношения должны развиваться в цивилизованном русле, учитывать природные ресурсы страны и не нарушать естественный энергетический баланс».

Угольные запасы России в основном сосредоточены в Западной и Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Объемы добычи угля возросли, но доля в энергетическом балансе осталась практически без изменений. В этом вопросе мы отстаем от всего цивилизованного мира. Чтобы изменить устоявшуюся систему, требуется значительное время и усилия со стороны предприятий и поддержка государства. Во всем мире уголь стал объектом приложения современных фундаментальных исследований и научных методов. Некоторые технологии позволяют кардинально изменить свойства угля и существенно повысить его энергетическую ценность, увеличив теплоту сгорания и уменьшив зольность. Среди них - мембранные и нанотехнологии, плазменные технологии, подземная газификация. Все перечисленные методы хорошо знакомы российским ученым и потребителям - энергетическим предприятиям, но войти в государственную программу и получить финансирование для развития и внедрения новой технологии сегодня очень сложно. В США к 2012-2015 годам планируется закончить строительство угольной электростанции по сжиганию абсолютно чистого угля, где количество вредных выбросов составит 0%. Два года назад с этой целью в США было построено 43 демонстрационных завода, где отрабатываются технологические процессы по переработке угля. Все эти технологии не понаслышке известны и российским специалистам. Но наукоемкий потенциал и работающая промышленность в России находятся на противоположных берегах, население которых поддерживает теплые дружеские отношения по переписке. Энергетические компании, заказывающие реконструкцию своих котлов, работающих на топливе с высоким выделением шлака, выдвигают высокие требования по выбросам, которых можно добиться только при условии кардинальной замены оборудования, но не частичной модернизации в рамках выделенной суммы. На попытку Геннадия Грицко воздействовать на ситуацию с угольной энергетикой в России на высшем уровне он получил ответ: «Ваши аргументы весомы и расчеты верны, но команды на уголь у нас пока не было». Уровень выбросов в атмосферу существующих ТЭЦ нарушает все международные нормы, а калорийный коэффициент угля в России составляет всего 0,64 (4466 ккал/кг). Это наиболее низкий показатель в большом списке стран мира. Для сравнения: энергетический потенциал угля в Китае - 0,67, в Великобритании и в Австралии - до 0,87, в Польше - 0,85, в Германии - от 0,83 до 1,06, в США - 0,76-1,07, а в Японии, вовсе не обладающей топливными ресурсами, этот показатель лучше всех - 0,86-1,21.

ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ

С применением ряда общеизвестных мировых технологий, многие из которых в последние годы были разработаны и экспериментально освоены российскими учеными, можно добиться достаточно высокой степени экологичности энергетических предприятий, работающих на угольном топливе. Большинство этих технологий с различной степенью освоенности было представлено на VI Всероссийской конференции «Горение твердого топлива», которая прошла в начале ноября в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Но в каждой стране, в зависимости от имеющегося оборудования и особенностей топлива, эти технологии имеют различные точки приложения. По мнению представителя Урал-ОРГРЭС Владимира Шульмана, сегодня для выхода на высокие экологические показатели в условиях снижения качества поставляемого угля, в первую очередь, необходимо вернуться к системе сухого шлакоудаления и системе высокотемпературного сжигания. Это повышает эффективность золоулавливания, упрощает систему складирования шлака и утилизацию золошлаковых материалов. По данным Евросоюза, за 2003 год 100% золошлаковых отходов (более 2 млн.т.) было утилизировано и использовано как высококачественный материал для строительства дорожных покрытий. Что касается систем сжигания угля, дорогостоящая технология ЦКС не является панацеей. Во многих случаях использование более дешевых парогазовых установок (ПГУ) дает не худшие результаты, тогда как котлы с ЦКС вовсе не так «всеядны», как об этом принято сегодня говорить. Многие задачи можно решить методом пиролиза угля. В ПГУ пиролизный газ сжигается в газовой турбине, а полученный полукокс - обычным факельным сжиганием. При этом выделяемые вредные вещества (оксид азота) утилизируются еще в топке котла. Многие экологические проблемы можно решить переводом термодинамического цикла преобразования энергии на более высокий температурный уровень и, в частности, повышением начальной температуры рабочего тела. Температура пара в паротурбинном цикле должна быть более 700°С, а температура газа - более 1700°С. Эти преобразования требуют других параметров топочных устройств. Освоению высокотемпературных систем сжигания угля способствует развитие технологии обогащения дутьевого воздуха кислородом, высокотемпературный контактный подогрев воздуха с помощью компактного устройства (оно может работать на природном или синтез-газе, жидком топливе), который сегодня может составлять 900-1200°С.

Тематика докладов конференции показала, что современные научно-технические разработки направлены, прежде всего, на повышение эффективности процессов сжигания, газификации и комплексной переработки твердых топлив, в том числе с их плазменной и кислородной активацией. Большой раздел докладов был посвящен новым технологиям сжигания, которые вызывают много споров, но считаются весьма перспективными - вихревым технологиям и котлам с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Впрочем, ЦКС не единственная высокая технология сжигания угля. Среди основных современных («чистых») технологий переработки угля можно назвать:

1. Сжигание в факеле с системами серо- и азотоочистки.

2. Сжигание в других модификациях кипящего слоя при атмосферном давлении: фонтанирующий слой (ФС), низкотемпературный кипящий слой (НКС), высокотемпературный кипящий слой (ВКС).

3. Сжигание в кипящем слое под давлением для парогазовых установок на твердом топливе (КСД).

4. Газификация в потоке, плотном и кипящем слоях при атмосферном давлении.

5. Газификация в потоке и плотном слое под давлением для парогазовых установок на твердом топливе.