Буре вугілля в теплоенергетиці

Буре вугілля в теплоенергетиці

Розвиток української економіки пов'язаний з інтенсифікацією споживання енергоносіїв, основним з яких, в умовах відсутності власної розвиненої газо- й нафтодобувної промисловості безальтернативно стає вугілля. Збільшити його видобуток можна лише шляхом корінної реконструкції та будівництва нових вугільних шахт, що, в свою чергу, потребує тривалого часу та великих капітальних вкладень.

Одним з шляхів вирішення цієї проблеми є розширення сфери використання у великій та малій теплоенергетиці бурого вугілля, що сприятиме у певній мірі стабілізації паливно-енергетичного балансу країни та створенню резерву часу для розвитку вугільної промисловості.

Відомо, що так зване низькоякісне вугілля (буре вугілля, лігніти) складає близько половини світових запасів твердого палива. Проте частка їх у сфері корисного використання невиправдано занижена. Основною причиною такого становища є висока внутрішня волога, що суттєво збільшує транспортні витрати та знижує енергетичний потенціал, а також висока реакційна здатність у відношенні до кисню повітря, що створює небезпеку самозаймання при транспортуванні та зберіганні протягом тривалого часу.

Нові перспективи у використанні бурого вугілля відкриває розвиток технології водо-вугільного палива (ВВП), сучасний підхід до оцінки його якісних характеристик. До останнього часу вимогами до водо-вугільного палива, як альтернативи природному газу та нафтопродуктам, було виготовлення на основі високоякісного кам'яного вугілля при масовій концентрації на рівні 65-75 %.

Світовий досвід, проте, показав, що досягнення високої концентрації ВВП пов'язане з великими труднощами. В той же час зниження її з 70 до 60 % зменшує втрати теплової енергії на випаровування лише на 2 %. Крім того, пріоритетом в оцінці якості водо-вугільного палива стають його топочні характеристики, а не властивості вихідного вугілля.

З цієї точки зору буре вугілля отримує перед кам'яним певні переваги. При підвищеній реакційній здатності дисперговані у факелі розпилу часточки бурого вугілля на відміну від кам'яного не мають схильності до агломерування, а навпаки до розділення, що сприяє зниженню температури та періоду займання, а також повноти вигорання вуглецю. Зниження теплоти спалювання компенсує можливість збільшення витрат на пальниковий пристрій, зниження обсягу робіт на переобладнання котлоагрегатів та простота експлуатації.

Основну ваду бурого вугілля - високу вологу - усуває технологія „hot water drying” (гідротермообробки). Варіант низькоякісного ВВП стає вигідним вже при концентрації 60 % та без застосування дорогих хімічних домішок. Технологія гідротермообробки збільшує швидкість вуглефікації, що робить буре вугілля подібним до кам'яного і, крім того, знижує вміст натрієвих сполук, які і є основною причиною шлакоутворення та забруднення при спалюванні низькоякісного вугілля. Збагачене паливо має більш низьку рівновагому вологість у порівнянні з вихідним бурим вугіллям та більшу енергетичну цінність.

Досвід американських, канадських, китайських та японських фахівців свідчить про можливість виготовлення ВВП на основі бурого вугілля з теплотою спалювання на робочу масу 3500-4500 ккал/кг.

Фахівцями АТЗТ „НВО „Хаймек” сумісно з фірмами США “Williams Technologies, Inc.” та “Coal-Water Fuel Services” проведено дослідження бурого вугілля Олександрійського родовища, в результаті якого отримано водо-вугільне паливо з нижчою теплотою спалювання - 3444 ккал/кг. Такі обнадійливі результати досліджень дають змогу перейти до розробки технології промислового впровадження.

Найбільш доцільним, з нашої точки зору, шляхом використання в теплоенергетиці бурого вугілля є створення паливно-енергетичних комплексів на базі водо-вугільного палива у складі потужних вугільних розрізів та теплових електростанцій.

Одним з таких об'єктів може бути Дніпровський паливно-енергетичний комплекс у складі нового буровугільного розрізу потужністю 5 млн. т на рік на Верхньодніпровському родовищі з запасами більше 200 млн. т та вугільних енергоблоків Придніпровської ТЕС потужністю 1200 МВт. Від терміналу видобутку, який має бути побудований на борту розрізу, транспортування водо-вугільного палива до берегового термінала здійснюється по гідро-транспортній системі, а далі річковим транспортом до терміналу ТЕС. Другим транспортним варіантом може бути магістральна гідротранспортна система. У перспективі такий проект може бути розповсюджений на ряд теплових електростанцій, які розташовано по Дніпру (Трипільську,Черкаську, Чигиринську, Запорізьку).

Ще одним об'єктом може бути Східний паливно-енергетичний комплекс, створений на базі Новодмитрівського буровугільного родовища (Харківська обл..) та Слов'янської або Змієвської ТЕС. Розташування комплексу у регіоні з розвиненою залізничною мережею виключає можливість виникнення будь-яких транспортних проблем.

Першим кроком до реалізації таких проектів має бути створення маломасштабного дослідно-промислового комплексу, що дасть можливість опрацювати технологію виготовлення водо-вугільного палива у промислових умовах і провести дослідження спалювання його у промислових котлоагрегатах. Проект такого комплексу було розроблено на замовлення Мінпаливенерго України науково-дослідним об'єднанням «Хаймек». Постачальником бурого вугілля визначено розріз «Костянтинівський», а споживачем - ТЕЦ 1-2 ДХК «Олександріявугілля».

Проектом передбачено максимально можливе використання інженерних споруд та комунікацій, засобів зв'язку, мережі енерго- і водопостачання. Рядове вугілля яке надходить існуючою залізницею на розвантажувальний комплекс ТЕЦ у кількості 140 т на добу з зольністю на суху масу 18,8 % та загальною вологістю 55 % піддають подрібненню та розмелюванню у кульовому млині до крупності менше 0,5 мм. Виготовлена на основі такого вихідного продукту первинна гідросуміш надходить до теплообмінників та реакторів, де її піддають гідротермообробці при температурі 310 єC та тиску близько 10 Мпа, що зменшує внутрішню вологу на 10 %.

Після відокремлення парогазової суміші, спрямованої на спалювання в котлоагрегаті, і видалення надмірної вологи, що надходить до системи технологічного водопостачання, буре вугілля переходить у гомогенізатор, де й виготовляють кінцевий продукт - водо-вугільне паливо при масовій концентрації 62 % з теплотою спалювання 3400 ккал/кг у кількості 7 т/год.

Для спалювання водо-вугільного палива прийнято котел ТП-30 паропродуктивністю 30 т пари на годину при температурі 375 єC та тиску 2,8 Мпа.

Згідно кошторисно-фінансового розрахунку капітальні вкладення у створення дослідно-промислового комплексу складатимуть 8,095 млн. грн. Строк будівництва - 11 місяців. Собівартість водо-вугільного палива 112,8 грн/т або $21.7/т ($6,22/Гкал).

Водо-вугільне паливо є пожежо-вибуховобезпечним і нетоксичним. Його можна транспортувати на будь-яку відстань по трубопроводах або у закритих ємностях та зберігати на протязі тривалого часу без зміни реологічних, седиментаційних та паливних характеристик.

Література

1. Папаяни Ф.А., Самойлик В.Г., Свитлый Ю.Г. и др. . Использование бурого угля в теплоэнергетике. Стабилизационный потенциал использования угля в электроэнергетике Украины // Труды научно-методического семинара.- К.-1997.-с.15 - 19.

2. Basta Nicholas, Moore Stephen, Gerald Ondrey. Coal Slurries: an environmental Bonus?// Chemical Engineering.-1994.-May.

3. Shibata Kazuhiro. CWM Produktion by Low Rank Coals Upgrading // The Proceedings of the 21-st International Technical Conference on Coal Utilization & Fuel Systems.-March, 1996.-Clearwater, Florida, USA.-P.233-244.

4. Papayani F.A.,Switly Y.G.,Vlasov Y.F. Projects of Introduction of Coal-Water Fuel Technology in Ukraine // The Proceedings of 21-th International Technical Conference on Coal Utilization & Fuel Systems.-1996.-Clearwater,Florida,USA.-P.301 - 303.

5. Papayani Fеdіr О.,Switly Yury Н. Utilization of Coal-Water Fuel in Heat Power Industry and by Public Utilities of Ukraine // The Proceedings of 20-th International Technical Conference on Coal Utilization & Fuel Systems.-1995.-Clearwater, Florida, USA.-P.193 - 202.