Перспективные источники энергии. Золо-шлакоудаление на ТЭС

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Технологическая система ТЭС

Схема водопитания завода

Схема водопитания котла

золошлакоудаление альтернативный энергетика солнечный

2. Золо-шлакоудаление на ТЭС

Сгорание твердого топлива - угля, торфа, дров, отходов деревообработки и сельского хозяйства - сопровождается образованием продуктов сгорания: золы и шлака. Зола имеет две формы: летучую, уходящую вместе с дымовыми газами, и так называемый провал - порошкообразный остаток, проваливающийся в холодную часть топки. Шлак - это находящаяся в топливе минеральная масса, расплавленная под воздействием высоких температур.

Для нормального функционирования котельной установки зола и шлак должны своевременно удаляться от котла и из котельной. Система шлакозолоудаления - это система механизмов, оборудования, золо-, шлако- и пульпопроводов для удаления продуктов сгорания и транспортировки их за пределы котельной.

Существует раздельное и совместное удаление золы и шлака. Более распространено совместное золошлакоудаление, не требующее дополнительных затрат. Раздельное удаление применяют в тех случаях, когда есть потребители золы (в качестве удобрения в сельском хозяйстве) или шлака (для производства стройматериалов).

По характеру движущей силы шлак может удаляться следующими способами:

ручное и механическое шлакоудаление (механизмы),

гидравлическое шлакоудаление (вода),

пневматическое шлакоудаление (воздух),

комбинированные способы.

В котельных, предназначенных для работы на твердом топливе, системы золошлакоудаления должны обеспечивать надежное и бесперебойное удаление золы и шлаков, безопасность обслуживающего персонала, защиту окружающей среды от запыленности и загрязнения.

Системы золошлакоудаления выбираются исходя:

из количества золы и шлаков, подлежащих удалению из котельной;

из возможности промышленного использования золы и шлаков;

из наличия плошадки для золошлакоотвала и ее удаленности от котельной.

на обеспеченности водными ресурсами для гидрозолошлакоудаления;

из физико-химических свойств золы и шлака.

При общем выходе золы и шлаков из котельной более 150 кг/ч для их удаления должны применяться механические, пневматические и гидравлические системы золошлакоудаления. Удаление и складирование золы и шлака, как правило, следует предусматривать совместным. Раздельное удаление золы и шлака применяется при соответствующих требованиях их потребителей. Удаление золы и шлака допускается предусматривать индивидуальным для каждого котла или общим для всей котельной.

Выбор системы золошлакоудаления производится на основания сравнения технико-экономических показателей различных вариантов.

Для механических систем периодического транспортирования следует применять скреперные установки, скиповые и другие подъемники, для непрерывного транспортирования - канатно-дисковые, скребковые и ленточные конвейеры. При использовании ленточных конвейеров для транспортирования шлака температура шлака не должка превышать 800С. При проектировании общей для всей котельной системы механизированного золошлакоудаления следует предусматривать резервные механизмы.

При использовании скреперных установок следует, как правило, применять системы «мокрого» золошлакоудаления. Система «сухого» золошлакоудаления допускается для золы и шлака, цементирующихся во влажном состоянии, а также при их использовании в промышленности строительных материалов.

Для удаления золы и шлака из котельных с котлами, оборудованными топками ручного обслуживания, и при общем выходе золы и шлака менее 150 кг/ч следует применять монорельсовый подвесной транспорт, узкоколейные вагонетки или безрельсовые тележки с опрокидным кузовом.

Для пневматического транспорта золы и шлака от котлов следует применять всасывающую систему. При этом расстояние до разгрузочной станции не должно превышать 200 м.

Режим работы пневматической системы принимается периодическим; производительность системы определяется из условия продолжительности ее работы не более 4 ч в смену.

Для дробления шлака, поступающего в вакуумную пневматическую систему, пол бункерами котлов следует предусматривать зубчатые дробилки:

двухвалковые - для механически непрочных шлаков с кусками размером не более 120 мм;

трехвалковые - для шлаков с неравномерными фракциями, с повышенной механической прочностью и для механически непрочных шлаков - с кусками размером более 120 мм.

Температура шлака, поступающего на дробление, не должна превышать 6000С.

При проектировании систем пневмотранспорта диаметры золошлакопроводов следует принимать по расчету. При этом минимальные диаметры должны быть для золы - 100 мм, для шлака - 125 мм.

В системе пневматического транспорте для создания разрежения следует применять водокольцевые вакуум-насосы или паровые эжекторы.

При проектировании пневматического транспорта золы от разгрузочной станции котельной следует применять напорную систему с установкой двухкамерных пневматических или винтовых насосов. Для пневматического транспорта шлака применяется вакуумная система.

Гидравлические системы золошлакоудаления следует проектировать в соответствии со строительными нормами и правилами по проектированию электростанций тепловых и Нормами технологического проектирования тепловых электростанций и тепловых сетей, утвержденными Минэнерго СССР.

2) Гидро-золоудаление

Гидравлический способ шлакоудаления использует воду в качестве движущей силы, для чего применяют различные аппараты и насосы. Различают:

системы с шлакоотстойниками,

системы с побудительными соплами,

системы с багерными насосами,

системы с гидроаппаратами Москалькова.

Системы с шлакоотстойниками основаны на принципе самотека. Шлак из шлаковых ванн подается по самотечному каналу в шлаковую камеру, где происходит его осаждение. Осевший шлак грейферным краном грузится в самосвалы и отправляется в шлаковые отвалы или потребителю.

Самотечная система с побудительными соплами применяется для совместного и раздельного удаления золы и шлака в котлах любой мощности. Шлак из шлаковых ванн при помощи смывных сопел подается в самотечный канал. Установленные по всей его длине побудительные сопла осуществляют дальнейшее продвижение шлака для отгрузки и вывоза его за пределы котельной. Количество сопел и их размеры подбираются так, чтобы затем шлаковая пульпа двигалась под действием сил тяжести.

Система с багерными насосами может осуществлять шлакоудаление на большие расстояния от котлов любой мощности. Багерный насос предназначен для перекачки шлаковой пульпы. Шлак по шлаковому каналу самотеком направляется на металлоуловители и шлакодробилку, а затем багерным насосом по пульпопроводу перекачивается в шлакоотвал или потребителю.

Гидроаппарат Москалькова - это водоструйный эжектор, где смешиваются шлак и вода и под напором транспортируются далее. Перед гидроаппартом устанавливается металлоуловитель. Дробилки в этой системе не нужны, так как шлак разбивается с помощью эжектирующей воды. Шлак к гидроаппарату поступает также по самотечным каналам.

3) Механическое золоудаление

Ручной способ удаления шлака применяется в небольших немеханизированных котельных с ручной загрузкой топлива. Шлак удаляется через золовую дверцу и далее из котельной - на тележках или вагонетках. Перед выгрузкой его из шлакового бункера он предварительно заливается водой.

Шлакоудаление механическим способом осуществляется при помощи механизмов периодического или непрерывного действия. Это могут быть скреперные установки, перемещающие шлак горизонтально и с подъемом, скребковые и шнековые транспортеры. Шлак при этом предварительно гасится водой. Для борьбы с запылением применяется вытяжная вентиляция и герметизация узлов пересыпки.

Механогидравлический способ соединяет механический и гидравлический способы шлакоудаления. По использованию механического оборудования различают системы периодического и непрерывного шлакозолоудаления.

В системе периодического шлакоудаления задействованы скреперные подъемники, канатные скреперы и винтовые транспортеры. Для непрерывного шлакоудаления используют скребковые, винтовые и роторные транспортеры.

Скребковый транспортер подает шлак из шлаковых ванн до шлакодробилок. Затем шлак самотеком поступает к багерному насосу, перед которым во избежание поломок и повреждений устанавливаются металлоуловители. Багерным насосом шлаковая пульпа направляется на отвал. Это метод обеспечивает непрерывность и дает возможность автоматизации шлакоудаления.

Винтовой конвейер представляет собой движущийся шнек, посредством которого шлак из шлаковых ванн подается через шлакодробилку и металлоуловители к багерному насосу. Насос по пульпопроводу направляет шлак в места отвала или потребителю.

Механогидравлическое шлакоудаление может также осуществляться с помощью скрепера. От сухого этот способ отличается тем, что канал, по которому перемещается скрепер, заполнен водой.

4)Пневматический способ золоудаления

Движущей силой в пневматических системах шлакоудаления является воздух. Шлакоудаление может происходить за счет сжатого воздуха (напорная система), за счет вакуума (вакуумная система) или за счет их комбинации.

В напорной системе давление в пневмопроводах создается компрессорами, вентиляторами, винтовыми и камерными насосами, установленными в начале системы. Шлак поступает через приемную насадку в пневмопровод, куда под давлением подается воздух, который и транспортирует шлак до сборного бункера. Здесь аэросмесь разделяется, воздух через очистители уходит в атмосферу, а шлак через питатели выгружается.

В вакуумной системе специальные насосы, расположенные в конце системы, создают вакуум. Шлак поступает в пневмопровод, куда засасывается воздух, который транспортирует его до циклона, затем в бункер. Шлакоудаление через пневматическую систему требует предварительного измельчения шлака в дробилках.

К комбинированному пневмогидравлическому способу относится система с эрлифтом.

В современном котлостроении все большее применение находит пневматическое шлакоудаление, так как при механическом способе происходит быстрое изнашивание частей механизмов, а в гидравлическом требуется наличие значительного расхода воды.

3. Перспективные источники энергии

Перспективным, на мой взгляд, да и в целом, является такой источник энергии, который:

А) Безопасен для окружающей среды

Б) Ресурсовозобновляемый

В) Дешёвый в добыче

Такими признаками обладают солнечная энергия, водородное топливо и ветровые электрогенераторы.

Рассмотрим каждый из них в отдельности.

2) Солнечная энергия

Направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Гелиотермальная энергетика -- нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой или солью для последующего использования нагретой воды для отопления, горячего водоснабжения или в паровых электрогенераторах). В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять солнечные системы концентрирующего типа (CSP -- Concentrated solar power). В этих установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в концентрированный луч света. Этот луч используется как источник тепловой энергии для нагрева рабочей жидкости.

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 мІ, расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/мІ (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) -- 1020 Вт/мІ. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в р раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения -- уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

Достоинства

Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.

Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Недостатки

Зависимость от погоды и времени суток;

Сезонность в средних широтах и несовпадение периодов выработки энергии и потребности в энергии. Нерентабельность в высоких широтах, необходимость аккумуляции энергии.

При промышленном производстве -- необходимость дублирования солнечных энергетических установок традиционными сопоставимой мощности.

Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).

Необходимость периодической очистки отражающей/поглощающей поверхности от загрязнения.

Нагрев атмосферы над электростанцией.

Необходимость использования больших площадей;

Сложность производства и утилизации самих фотоэлементов в связи с содержанием в них ядовитых веществ, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.

Перспективы солнечной электроэнергетики

В мире ежегодный прирост энергетики за последние пять лет составлял в среднем около 50 %. Полученная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20--25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов -- или 20--25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно[7].

Перспективы использования солнца для получения электричества ухудшаются из-за высоких издержек. Так, СТЭС Айвонпа обходится вчетверо дороже, а генерирует гораздо меньше электроэнергии, по сравнению с газовыми электростанциями. По подсчётам экспертов, в будущем электроэнергия, вырабатываемая этой станцией, будет стоить вдвое дороже, чем получаемая от обычных источников энергии, а расходы, очевидно, будут переложены на потребителей.

Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20 процентов, солнечные батареи сильно нагреваются. Остальные 80 процентов энергии солнечного света нагревают солнечные батареи до средней температуры порядка 55 °C. С увеличением температуры фотогальванического элемента на 1°, его эффективность падает на 0,5 %. Эта зависимость не линейна и повышение температуры элемента на 10° приводит к снижению эффективности почти в два раза. Активные элементы систем охлаждения (вентиляторы или насосы) перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют периодического обслуживания и снижают надёжность всей системы. Пассивные системы охлаждения обладают очень низкой производительностью и не могут справиться с задачей охлаждения солнечных батарей.

3) Энергия ветра

Ветроэнергетика -- отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов (КИУМ) в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706 тераватт-часов (3 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества; 2014 год в Португалии -- 27 %; в Никарагуа -- 21 %; в Испании -- 20 %; Ирландии -- 19 %; в Германии -- 8 %; в ЕС в целом -- 7,5 %. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2015 года в ветроэнергетике занято более 1 000 000 человек во всем мире(в том числе 500 000 в Китае и 138 000 в Германии).

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются турбулентными -- нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 2 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров. Высота расположения генератора выше этого приземного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире. Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.

В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы -- 200 тонн, высота башни -- 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. В 2009 году турбины класса 1,5 -- 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике.

В январе 2014 года датская компания Vestas начала тестировать турбину V-164 мощностью 8 МВт. Первый контракт на поставку турбин был заключен в конце 2014 года. На сегодняшний день V-164 -- наиболее мощный ветрогенератор в мире. Ведутся разработки генераторов мощностью более 10 МВт.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Дания, Нидерланды и Германия собираются заложить искусственный остров в Северном море для выработки ветровой энергии. Проект планируется реализовывать на самой крупной отмели Северного моря Доггер-банка (в 100 километрах от восточного побережья Англии), так как здесь удачно сочетаются следующие факторы: относительно низкий уровень моря и мощные потоки воздуха. Остров площадью в шесть квадратных километров будет оборудован ветряными фермами с тысячами мельниц, также там будут построены взлетно-посадочная полоса и порт. Главная инновация данного строительства заключается в концентрации на максимально низкой стоимости транзита энергии. Основной целью проекта является создание ветропарка, который может вырабатывать до 30 Гвт дешевой электроэнергии. Долгосрочные планы предполагают увеличение этого количества до 70-100 Гвт, что позволит обеспечивать энергией около 80 миллионов жителей Европы, в том числе и Германии, Нидерландов и Дании.

4) Водородное топливо

Водородная энергетика -- отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к альтернативной энергетике.

Однако, критики предполагают что некоторое количество водорода может просачиваться из баллона, и, затем, безвозвратно покидать атмосферу Земли. Гипотетически, при чрезвычайно массовом применении технологий на водороде, данный эффект якобы способен привести к глобальной потере воды, если водород будет производится электролизом воды.

В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода.

Паровая конверсия природного газа / метана

В настоящее время данным способом производится примерно 90-95% всего водорода. Водяной пар при температуре 700--1000 °C смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2-5 за килограмм водорода.

Газификация угля

Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800--1300 °C без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. Себестоимость процесса $2-2,5 за килограмм водорода.

Используя атомную энергию

Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз. Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода.

Электролиз воды

2H2O+энергия = 2H2+O2. Обратная реакция происходит в топливном элементе. Себестоимость процесса $6-7 за килограмм водорода при использовании электричества из промышленной сети, $7-11 при использовании электричества, получаемого от ветрогенераторов, $10-30 при использовании солнечной энергии.

Водород из биомассы

Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500--800 °C (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.

Себестоимость процесса $5-7 за килограмм водорода.

В биохимическом процессе фиксации азота водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.

Размещено на Allbest.ru