Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Научно-технический центр угольных энерготехнологий Национальной академии наук Украины и Министерства топлива и энергетики Украины

Современное состояние твердотопливной энергетики Украины обусловлено:
- дефицитом всех видов топлива;
- существенным снижением за последние 25 лет качества энергетических углей, зольность которых на рабочую массу в настоящее время составляет 33-36%, а теплота сгорания – 16-19 МДж/кг;
- необходимостью использования для сжигания высокозольных углей природного газа или мазута, доля которых по теплу составляет 10-35% от общего расхода энергоносителей;
- значительным износом основного и вспомогательного оборудования, большая часть которого (около 80%) отработала свой ресурс;
- экологическими проблемами в местах добычи угля и производства электроэнергии.

Сложившаяся ситуация осложняется тем, что из-за дефицита топлива и необходимости регулирования нагрузки в энергосистеме парогенераторы работают в переменных режимах с частыми остановами. Сжигание в них высокозольных и высокосернистых углей приводит к понижению коэффициента полезного действия энергоблоков, значительному экономическому и экологическому ущербу.

Решение возникших проблем может быть найдено на пути модернизации и реконструкции тепловых электростанций (ТЭС) с использованием новых высокоэффективных угольных энерготехнологий, которые обеспечивают:
- существенное улучшение технико-экономических показателей по сравнению с работающими пылеугольными блоками;
- возможность утилизации рядового угля разной степени метаморфизма с зольностью до 50%;
- исключение природного газа и мазута из процессов термической переработки топлива;
- значительное сокращение выбросов вредных веществ в окружающую среду;
- возможность работы в маневренном режиме с высокими экологическими и экономическими показателями;
- наиболее полную утилизацию отходов.

Указанным требованиям в значительной степени отвечают следующие угольные технологии:
- сжигания в циркулирующем кипящем слое (ЦКС);
- сжигания в кипящем (КСД) и циркулирующем кипящем (ЦКСД) слоях под давлением для парогазовых установок (ПГУ) на твердом топливе;
- газификации в КСД и ЦКСД для ПГУ на твердом топливе.

Технологии сжигания угля в ЦКС прошли стадию опытной эксплуатации и широко внедряются на ТЭС и котельных разных стран мира. Применительно к условиям Украины необходима их адаптация к местным углям.

Данные работы были осуществлены в Научно-техническом центре угольных энерготехнологий НАН и Минтопэнерго Украины (НТЦВЕ) на лабораторных, опытно-экспериментальных и пилотных установках тепловой мощностью от 0.05 до 1.2 МВт [1,2]. В результате выполненных исследований определены оптимальные технологические режимы (температура по элементам котла, размер частиц, отношение первичного и вторичного воздуха в дутье, отношение кальций/сера в исходном топливе) процессов горения высокозольных антрацитового штыба, донецких тощего, газового, длиннопламенного, львовско-волынского газового и александрийского бурого углей в ЦКС, обеспечивающие максимальную степень конверсии угля при минимизации выбросов окислов серы и азота в окружающую среду. Полученные результаты использованы при разработке технических и рабочих проектов ЦКС-котлоагрегатов производительностью 160-670 тонн пара в час, в том числе: котлоагрегатов производительностью 670 тонн пара в час (Старобешевская ТЭС), 260 тонн пара (Мироновская ТЭС), 250 тонн пара в час (Несветай ТЭС).

Технологии сжигания и газификации углей в КСД и ЦКСД для ПГУ на твердом топливе по сравнению с методами сжигания в ЦКС имеют на 4-8% выше к.п.д. энергоблоков, обладают более высокой экологической чистотой меньшей металлоемкостью. Они находятся на стадии опытно-промышленной проверки и демонстрационной эксплуатации в мире и отработки технологий в Украине.

Разрабатываемые в НТЦВЕ технологии отличаются организацией двухступенчатых процессов (пиролиз-газификация, пиролиз-сжигание) с термоконтактным пиролизом исходного угля в опускающемся слое и сжиганием или газификацией коксозольного остатка в ЦКСД [3]. В ряде случаев предусмотрена раздельная подача твердого топлива мелкой фракции в тракт возврата, а крупной – в пиролизер или верхнюю часть топки ЦКСД. Данные технологии реализованы на лабораторных установках под давлением до 2.5 МПа и пилотных установках при атмосферном давлении. Их окончательная отработка будет осуществляться на демонстрационной установке ЦКС-1.0 тепловой мощностью 10 МВт с рабочим давлением 0.8-2.5 МПа, которая сооружается на территории НТЦВЕ.

Проведенные исследования по термической переработке энергетических углей под давлением показали эффективность технологий пиролиз-газификация и пиролиз-сжигание в ЦКСД для газовых, длиннопламенных и бурых углей. Что касается антрацитов и тощих углей, то для них представляется предпочтительным сжигание в ЦКСД с раздельной подачей мелкой и крупной фракций угля в установку. После отработки ЦКСД-технологий на демонстрационной установке ЦКС-1.0 планируется создание демонстрационного энергоблока электрической мощностью 100 МВт с внутрицикловым сжиганием высокозольных углей в ЦКСД. Его ввод в эксплуатацию ожидается в 2010-2015 годах.