Снижение выбросов оксидов серы на ТЭС
Источник: http://ecoproekt.at.ua
Технология энергосбережения и улучшения экологических показателей работы ТЭС.
В настоящее время в теплоэнергетике многих стран существует серьезная проблема, сдерживающая рост экономических показателей теплоэлектростанций (ТЭС), работающих на твердом топливе — это низкое качество рядовых энергетических углей.
В некоторых марках угля сернистость достигает 2,5 – 4 %, а зольность 35 – 40 % и больше. Эти два показателя дают основную массу вредных выбросов теплоэлектростанций (67 – 71 %).
В то же время реалии сегодняшнего дня требуют резкого сокращения количества вредных выбросов при одновременном снижении потребления природного газа и жидкого высокореакционного топлива в энергоемких производствах, к которым в первую очередь относятся ТЭС, переориентируя их на максимально возможное использование низкосортного твердого топлива. Поэтому любые экологически чистые технологии предварительного обессеривания и обеззоливания энергетических углей безальтернативны. Анализ методов снижения выбросов сернистых соединений тепловыми электрическими станциями показывает, что очистка дымовых газов химическими и каталитическими методами не оптимальна как с экономической, так и с экологической точек зрения. Существующие процессы очистки дымовых газов ТЕС от пыли и сернистых соединений с помощью известкования стоят дорого (90 млн. долларов США на 635 Мвт при сернистости угля 2,5% и зольности 9%) и нуждаются в значительных площадях на капитальное строительство.
Более радикальным и экономически оправданным является использование очищенного от серы и золы пылеугольного топлива (ПУТ) до его сжигания. Кроме этого, метод предварительного глубокого сухого обогащения энергетического угля экологически чистыми высокоградиентными криомагнитными сепараторами приобретает особую актуальность благодаря тому, что расходы на их создание и внедрение в 5–10 раз меньше традиционных и не нуждаются в капитальном строительстве.
СП «Укрпромэкология» совместно с Донецким Физико–техническим институтом им. А.А. Галкина НАН Украины, Проектно–конструкторским технологическим институтом «Гипромашуглеобогащение» (г. Луганск) и Донецким проектно–изыскательским и научно-исследовательским институтом «Теплоэлектропроект» разработало технологический регламент принципиально новой технологии предварительного перед сжиганием обессеривания и обеззоливания ПУТ, существенно улучшающей экологические и экономические показатели работы ТЭС.
Предлагаемая технология предусматривает оснащение существующих на ТЭС технологических схем подготовки ПУТ запатентованным оборудованием высокоградиентной криомагнитной сепарации, осуществляющем глубокую непрерывную очистку топлива непосредственно перед его вдуванием и факельным сжиганием в топках котлов ТЭС.
Выполненные в процессе разработки технологии многолетние исследования по криомагнитной очистке угля на высокоградиентных криомагнитных стендах–сепараторах с магнитной индукцией до 9Тл и проведенные физико–химические и магнитные анализы показали, что извлечение пиритной серы достигает 80–90%, а зольность снижается на 40–60%, при этом теплота сгорания обогащенных магнитной сепарацией углепродуктов увеличивается на 20–35%, а количество оксидов серы в дымовых газах снижается в 1,5–3 раза в зависимости от содержания серы в используемом твердом топливе.
В настоящее время эта технология находится на стадии внедрения на некоторых теплоэлектростанциях Украины. По результатам проектных разработок оформляются патенты.
Разработанные криомагнитные сепараторы типа СКМО–60 имеют малые габаритные размеры (3,2, 4,0, 1,8 м), могут устанавливаться в стесненных условиях бункерно–деаэраторных отделениях КТЦ без существенной реконструкции систем пылеприготовления, не нарушая проектных схем пылеприготовления котлов. Они адаптированы к работе с угольной пылью, имеют низкие эксплуатационные затраты. Особенность реконструкции систем пылеприготовления котлов заключается в том, что при необходимости криосепараторы могут быть отключены, а реконструированная пылесистема переведена на проектную схему работы без каких-либо дополнительных переделок. По капитальным затратам технология сероочистки с использованием криомагнитных сепараторов сопоставима с затратами на сухие аддитивные установки сероочистки, но имеет при этом большую эффективность по снижению выбросов оксидов серы с дымовыми газами.
Образующиеся отходы, представляющие собой смесь природных минералов, извлеченных из угольной пыли, с примесью небольшого количества углерода (3–4%), малоопасны (IV–класс опасности) и не имеют специальных требований к их хранению.
Выполненные в рамках договоров на разработку проектной документации на внедрение на Приднепровской и Запорожской ТЭС высокоградиентных криомагнитных сепараторов СКМО–60 производительностью 60 т/час теплотехнические и теплофизические расчеты топок этих котлов без и с криомагнитной сепарацией пылеугольного топлива непосредственно в системе пылеподготовки и пылеподачи дали следующие результаты:
1. По котлоагрегату №9 Приднепровской ТЭС 9 (котел ТП–90):
Введение в систему пылеприготовления криомагнитной сепарации приводит к:
1. Снижению расхода топлива при сохранении номинальных параметров работы топочного агрегата на 4,156*104 т/год. при 5000 часовом годовом режиме работы котла. При условной расчетной стоимости угля марки «АШ» 600 грн/тонна годовая экономия составит 24 млн. 936 тыс. грн. только по этому показателю.
2. Существенному снижению содержания SO2 в дымовых газах:
– Объем серосодержащих газов без криомагнитной сепарации — 14*10–3 м3/кг
– Объем серосодержащих газов с криомагнитной сепарацией — 4,6*10–3 м3/кг
2. По котлоагрегату №1 Запорожской ТЭС (котел ТПП-312А):
Введение в систему пылеприготовления криомагнитной сепарации приводит к :
1. Снижению расхода топлива при сохранении номинальных параметров работы топочного агрегата на 72720 т/год. при 5000 часовом годовом режиме работы котла. При условной расчетной стоимости угля марки «Г» 500 грн/тонна годовая экономия составит 36 млн. 360 тыс. грн./год только по этому показателю.
2. Существенному снижению содержания SO2 в дымовых газах:
– Объем серосодержащих газов без криомагнитной сепарации — 7,36*10–3 м3/кг
– Объем серосодержащих газов с криомагнитной сепарацией — 3,59*10–3* м3/кг
3. Снижение расхода и повышение теплотворной способности топлива при использовании криомагнитной сепарации угля марки «Г» подтверждают и теплофизические расчеты, выполненные в рамках теории теплового режима горения.
Так, для котла ТПП–312А при теплотворной способности фактически используемого топлива QНР = 5000 ккал/кг введение криомагнитной сепарации повышает ее до значения QНР = 5761 ккал/кг.
Внедрение криомагнитных сепараторов в период модернизации котла ТП–90 Приднепровской ТЭС одобрено решением расширенного заседания подсекции «Тепловая энергетика» секции «Электроэнергетика» Научно–технического совета Минтопэнерго Украины.
Выполненные в рамках технико–экономического обоснования расчеты эффективности внедрения предлагаемой технологии показали, что годовая экономия за счет ее внедрения только на одном энергоблоке ТЭС мощностью 300 МВт., составляет 3,4–4,7 млн. долл. США/год в зависимости от марки сжигаемого угля и типа котла.
Так, при работе топочного агрегата ТП–90 (Приднепровская ТЭС) с криомагнитной сепарацией пылеугольной аэросмеси угля АШ годовая экономия топлива составляет 44640 тонн/год. При стоимости угля 600 грн/т экономия составляет 3,43 млн.$ / год.
При работе топочного агрегата ТП–312А с криомагнитной сепарацией пылеугольной аэросмеси газового угля (Запорожская ТЭС) экономия твердого топлива составляет 72720 тонн/год или 4,7 млн.$ / год.
В то же время капитальные затраты на оборудование ТЭС криомагнитной сепарацией составляют примерно 10 млн. долл. США. При налаживании массового производства этих сепараторов капзатраты будут снижены.
Научные основы разработанной технологии докладывались на многих международных конференциях, а Ученый Совет Института угольных энерготехнологий Национальной академии наук Украины подтвердил научную и экономическую обоснованность внедрения технологии криомагнитного обогащения пылеугольной аэросмеси на угольных ТЭС Украины.
Большую заинтересованность в приобретении этой технологии проявил Китай, для чего Китайской стороной в рамках сотрудничества в области высоких наукоемких технологий была организована поездка наших представителей в Китай. Из–за высокого содержания серы в используемых на их теплоэлектростанциях углях внедрение этой технологии является для них весьма актуальным.