ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ
ТЭС КАЗАХСТАНА НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ.
Бухман
М.А.
Зав.лабораторией
топочных
«КазНИИэнергетики имени академика Ш.Ч.Чокина».
процессов
ОАО
Разведанные запасы угля в Казахстане составляют порядка 75 млр.т.
При планируемой ежегодной добыче в 100 млн. тонн/год разведанных
запасов угля хватит примерно на 750 лет. При этом следует особо отметить,
что угольная отрасль Республики на сегодняшний день обеспечивает
выработку 80% электроэнергии. В связи с этим, является актуальным
рассмотрение вопросов связанных с экономической эффективностью как
топочных процессов, так и природоохранных мероприятий.
Основные энергетические угли Казахстана добываются открытым
способом. В связи с этим, себестоимость их невелика. В стоимости одной
тонны угля доля транспортной составляющей бывает больше стоимости
самого угля. Стоимость одной тонны угля на станции составляет порядка 515 долларов США.
Уголь Казахстана является дешевым энергетическим топливом, запасов
которого хватит на многие сотни лет. При этом следует отметить их
низкосернистость и небольшое содержание азота (не более одного процента).
В тоже время, запасов газа и нефти хватит на несколько десятилетий.
Поэтому на ближайшую перспективу в связи с тем, что из-за опасности
терактов строительство атомных
ЭС во всем мире сокращается, а
действующие выводятся из эксплуатации, по-видимому, основная выработка
электроэнергии будут осуществляться ЭС на угле.
Одним из основных источников загрязнения окружающей среды
твердыми и газообразными выбросами являются ЭС работающие на твердом
топливе. Поэтому, в ценообразовании природоохранная составляющая
занимает заметное место. Уменьшение ее составляющей может быть связано
только с уменьшением воздействия процесса выработки электроэнергии на
окружающую среду. Это возможно только за счет повышения экономической
эффективности работы ТЭС, снижения удельных расходов топлива на
выработку электроэнергии, снижение расходов электроэнергии на
собственные нужды, а также снижение вредных выбросов и др.
При пылеугольном сжигании стоимость произведенной электроэнергии
зависит от:
1. Цены топлива.
2. Цены воды.
3. Мехнедожога.
4. Потери тепла с уходящими газами.
2
5. Расхода электроэнергии на собственные нужды (размол и
транспортировку топлива в горелки, дутьевой воздух, эвакуация дымовых
газов дымососом и др.).
6. Платы за выбросы в окружающую среду.
7. Косвенно на стоимость выработанной электроэнергии оказывает
влияние также состояние топки котла и газового тракта (присосы воздуха в
топку и газовый тракт).
Присосы воздуха в топку снижают полноту выгорания топлива,
увеличивают потери с уходящими газами.
Присосы воздуха в газовый тракт повышают расход электроэнергии на
эвакуацию дымовых газов.
Цены на топливо и воду – рыночные и на них условиями эксплуатации,
состоянием оборудования, режимными и конструктивными параметрами не
воздействуешь, а вот на характеристики п.п. 3-7 можно воздействовать.
Мехнедожог и потери тепла с уходящими газами – зависят от схемы
сжигания, конструкции и режимов работы применяемых горелок и
состоянием топки (присосов).
Уменьшить потери тепла можно за счет выбора рациональной схемы
сжигания, конструкции горелочных устройств и плотности топки
(обеспечение нормативных присосов в топку).
Принятые на многих котлах (П-57-3М, БКЗ-420, ТП-81 и др.) схемы
сжигания и горелочные устройства не в состоянии обеспечить экономичную
работу топки котла с пониженным выбросом вредных веществ в атмосферу.
Уменьшить расходы электроэнергии на собственные нужды можно за
счет снижения мехнедожога и потерь тепла с уходящими газами,
уменьшения присосов в газовый тракт и др. Это уменьшит расход топлива,с
которым связаны расход электроэнергии на размол и транспортировку
угольной пыли в горелку и др.
Обеспечение расчетных скоростных режимов работы горелок,
снижение избытка воздуха на выходе из топки до нормативных и,
естественно, присосов воздуха в топку до нормативных, уменьшит расход
электроэнергии на дутье и на дымосос.
Уровень выбросов золы в атмосферу зависит естественно от зольности
сжигаемого угля, эффективности работы системы золоулавливания и
мехнедожога. При повышенных мехнедожогах в золе находится в
значительных количествах углерод. Последнее делает золу непригодной для
использования в строительстве.
Если принять среднюю зольность сжигаемых углей за АР = 40%, то при
степени золоулавливания 99,5% в атмосферу котлом П-57-3М будет
выбрасываться при q4 =1,5% примерно 550 кг/час или за сутки примерно 14
тонн.
К вредным газовым выбросам относятся NOх, СО и SOх . наиболее
токсичным из них являются NOх.
3
Наиболее дешевым способом снижения уровня выхода NOх и СО
является технология сжигания. В настоящее время технология ступенчатого
сжигания топлива с подачей нижнего третичного дутья позволяет снизить
выход NOх до 400 м/нм3 при содержании СО в дымовых газах 50-100 мг/нм3
.
К сожалению, уровень выхода SOх мало зависит от технологии
сжигания.
Установленные на многих котлах горелочные устройства не в
состоянии обеспечить устойчивое горение топлива в регулировочном
диапазоне нагрузок. В связи с этим, применяется подсветка факела мазутом.
При этом, применяются высокосернистые мазуты.
Совместное сжигание угольной пыли и мазута приводит к
существенному увеличению (в полтора-два раза) уровня выбросов SOх и
NOх.
Подсветка факела мазутом приводит и к заметному увеличению
себестоимости выработанной тепловой и электрической энергии. В связи с
этим, необходимо топки котлов оснастить горелочными устройствами,
обеспечивающими устойчивое горение (без подсветки факела мазутом)
угольной пыли в регулировочном диапазоне нагрузок. При этом, горелочные
устройства должны вписываться в схемы сжигания с низким выходом NOх и
СО.
В качестве примера рациональной организации топочного процесса с
низким выходом NOх можно привести электростанцию АО «ЕЭК» (бывшая
Ермаковская ГРЭС). На всех 14 котлах ПК-39 этой станции, начиная с 1990
года установлены вихревые многоканальные горелки, обеспечивающие
устойчивое (без подсветки факела мазутом) горение в регулировочном
диапазоне нагрузок с пониженным уровнем выхода NOх.
Для снижения уровня выхода NOх на котлах ПК-39 первоначально
было предложено «нестехиометрическое» сжигание по ярусам, а именно на
первом ярусе с коэффициентом избытка воздуха в горелках αI =>1, а на
втором - αII < 1. Уровень выхода NOх был снижен до 600 мг/нм3 .
В настоящее время на этих котлах применена схема сжигания с
подачей нижнего третичного дутья. Уровень NOх до 500 мг/нм3 при
мехнедожоге 2,5%.
Снизить NOх до 400 мг/нм3 при мехнедожоге 1,5-2,0% на котлах ПК39 не удалось из-за повышенных до 30% присосов воздуха в топку. Присосы
воздуха в топку на котлах ПК-39 не удается довести пока до нормативных.
В качестве примера нерациональной организации топочного процесса
можно привести котлы БКЗ-420-140-7С АО АПК «ТЭС-2». На этих котлах
заводом БКЗ (Россия) установлены горелки, не обеспечивающие устойчивое
горение топлива в регулировочном диапазоне нагрузок без подсветки факела
мазутом. Мехнедожог на этих котлах составляет 5,5%, а расход мазута на
подсветку 2118 тонн/год.
4
Котлы БКЗ-420-140-7С газоплотные. Присосы воздуха в них не
превышают 10%.
При рациональной организации топочного процесса уровень NOх на
котлах БКЗ-420-140-7С можно довести до 400 мг/мм3, а мехнедожог до 2,5%.
Экономически эффект при этом может составлять примерно 250 млн.тенге.
На котлах БКЗ-75-39Ф Тентекской ТЭЦ (г.Шахтинск, Карагандинской
обл.) установленные горелки не обеспечивают устойчивое горение без
подсветки факела мазутом. Мехнедожог на этих котлах составляет 6,5%, а
расход мазута на подсветку факела по данным 2003г. составляет 1950
тонн/год.
В настоящее время для котла БКЗ-75-39Ф ст.№3 ТТЭЦ по гранту
«ТАSIS» изготовлены и поставлены на станцию вихревые многоканальные
горелки (4). При этом также изготовлено и поставлено оборудование для
нижнего третичного дутья.
Ожидается, что мехнедожог при этом будет снижен до 3-3,5%, а
уровень NOх до 600 мг/нм3 и полностью исключаится подсветка факела
мазутом.
Экономический эффект от этих реконструктивных мероприятий
ожидается порядка 40 млн.тенге.
Таким образом, рациональная организация топочного процесса и
подача нижнего третичного дутья может дать заметный экономический и
экологический эффект, а также снизить себестоимость вырабатываемой
энергии.
Таким образом, для снижения вредного воздействия топочного
процесса на окружающую среду и снижения себестоимости вырабатываемой
тепловой и электрической энергии при пылеугольном сжигании необходимо:
1. Повысить газоплотность топок котлов и газоходов
2. Отказаться от подсветки факела мазутом;
3.
Выполнить реконструкцию схемы сжигания и горелочных
устройств, т.е. повысить эффективность топочного процесса.
Вышеперечисленные мероприятия являются малозатратными, не
требующими больших капитальных вложений.
К числу больших затратных мероприятий относится повышение КПД
золоулавливающих установок до 99,9%. В этом случае тот же котел П-57-3М
будет выбрасывать не 550кг/час золы, а примерно 110 кг/час или в сутки
примерно 2,6 тонн.
Угли Казахстана, являясь хорошим энергетическим топливом по своим
реакционным способностям, обладают одним недостатком – высокой
зольностью. В связи с этим, в перспективе возможно обогащение их.
Последние, естественно, заметно уменьшило бы выбросы твердых веществ в
атмосферу.
5
Л И Т Е Р А Т У Р А:
1.
2.
3.
4.
М.А.Бухман «Вихревые горелки с низким выходом NOх»,
Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, 2001, № 4, с.6468.
М.А. Бухман, А.А.Амангалиев, М.А.Бугубаев и др. «О
снижении выхода NOх на котлах ПК-39-11 Аксуской
Теплоэлектростанции», Энергетика и топливные ресурсы
Казахстана, 2003, № 10, с.69-70.
Курбатов «Испытание котла ПК-39 ст.№ 4 - «Б»
Электростанции АО «ЕЭК», отчет, «Павлодартехэнерго», №
31, 2005, с.39
М.А.Бухман. Патент РК № 8444, F23D 1/02, 1977