Диссертация (1143428), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В результате сжигания ископаемых топливна Земле (биомасса, накопленная 200...600 млн лет назад), возникает ежегодный прирост на 15 млрд т СО2 сверх сбалансированного круговорота [140],что способствует образованию парникового эффекта. На долю ТЭС при этомприходится примерно 22 % общих мировых выбросов СО2. Рост выбросовСО2 в основном связан с дальнейшим ростом мировой потребности в энергии19(более чем на 6 млрд т у.т. к 2020 году). Удельный выброс СО2 в России составляет 0,414 кг/(кВтч). Это лучший показатель в мире, достигнутый благодаря высокому (до 30 %) уровню развития теплофикации и большой (63 %)доле природного газа в структуре сжигаемого на ТЭС топлива [141...145].Анализ коэффициентов эмиссии СО2 [140, 146] показал (таблица 1.1), чтопри переходе ТЭС от сжигания природного газа на сжигание твердого топлива эмиссия углекислого газа возрастает примерно в 1,7 раза. Это обстоятельство необходимо учитывать, при реализации планируемого изменения структуры топливно-энергетического баланса в сторону увеличения доли твердоготоплива.Таблица 1.1 – Коэффициенты эмиссии углекислого газа по видам топливаВид топливаТвердоеГазообразноеМазутКоэффициент эмиссии СО2т СО2/т у.т.т СО2/ГДж2,7625,681,6215,072,2821,22Снижение выбросов СО2 значительно сложнее, чем выбросов другихвредных веществ.
Очистка уходящих газов ТЭС от углекислого газа аппаратными средствами (например, с помощью абсорбционной или мембраннойтехнологии) на сегодняшний день исключительно дорога. Реальное уменьшение выбросов СО2 от ТЭС (наряду с использованием энергоносителей, несодержащих углерод (ядерное топливо), и сжиганием ископаемых топлив смалым содержанием углерода (природный газ)) дают: использование возобновляемых источников энергии, энергосбережение, теплофикация, реализация технических решений, повышающих К.П.Д.
ТЭС.Одним из выбросов ТЭС в атмосферу является водяной пар [147]. Водяной пар не оказывает непосредственного вредного влияния на организм человека, на окружающий животный и растительный мир, однако приводит кобразованию тумана, наледи на сооружениях и дорогах, наросту льда на проводах и обрыву линий электропередач.
Выброс водяного пара отрицательновлияет на климатические условия, способствует ускорению процесса окисления с последующим образованием паров серной кислоты, а также образованию фотохимического тумана (смог). Как любой трехатомный газ он вноситсвой вклад в парниковый эффект [148].20Мелкие частицы минерального остатка твердого топлива, выносимыедымовыми газами из топочной камеры (зола топлива), для предотвращенияих попадания в окружающую воздушную среду улавливаются в золоуловителях. Разработаны и эксплуатируются золоуловители [147, 149...152],имеющие высокий (на уровне 99,9 %) К.П.Д. улавливания. В то же время сохраняется проблема надежного хранения (утилизации) образующихся золошлаковых отходов [153].В таблице 1.2 приведены предельные концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах, установленные директивой 2010/75/ЕС в сравнении стребованиями ГОСТ Р 50831-95 (применительно к твердым частицам, оксидам азота и оксидам серы). По ряду позиций европейские нормы жестче российских в несколько раз.Таблица 1.2 Предельные концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах,установленные директивой 2010/75/ЕС и ГОСТ Р 50831-95 (для новыхтопливосжигающих установок при α = 1,4)ВидтопливаТепловаямощностьустановки,МВт50...100ТвердоетопливоЖидкоетопливоПриродныйгаз100...199200...249250...300Концентрация загрязняющих веществ, мг/м3ТвердыеSO2NOxчастицыЕСРФЕСРФЕСРФКУ-300 КУ-47020150...250*4001200/1400БУ-400(ТШУ)20150...250*2001200/1400200КУ-64020150...250*200950/1050200(ЖШУ)БУ-30020150-250*200700/700200>3001050...150*150(200**)700150БУ-20050...100100...199200...249250...300>30050...100100...300>30016,716,716,716,78,32921671671671251200/14001200/1400950/1050700/70070025012512512583838383КУ-350(ТШУ)КУ-570(ЖШУ)БУ-300(ТШУ)250250250250250125125125* Линейное увеличение при изменении Апр от 0,6 до 2,5 (%кг/МДж).** Для котлов с циркуляционным кипящим слоем или для котлов с кипящим слоем под давлением.21Снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу возможно путем перехода к сжиганию биотоплива [154], в частности древесного топлива(в том числе древесных отходов).
При этом сводятся к нулю выбросы SO2,двуокиси углерода и резко снижаются выбросы NOx [155...158] и золы. Однако доля биотоплива в крупной энергетике в ближайшее время вряд ли превысит 10 % (на сегодняшний день 2…3 %).В настоящее время топливный баланс ТЭС России сложился следующимобразом: 63 % – природный газ, 26 % – уголь, 11 % – мазут. Ограниченностьзапасов нефти и природного газа (по данным ООН 30...60 лет), указываетна необходимость резкого сокращения их доли в топливном балансе.
В то жевремя по ориентировочным подсчетам экспертов запасов всех твердых топлив в России должно хватить приблизительно на 200...500 лет, что предопределяет долговременную перспективу их применения в отечественной энергетике. Кроме того, на отечественном топливном рынке имеется устойчиваятенденция повышения стоимости жидкого и газообразного топлива (с выходом на уровень мировых цен), что приведет к повышению стоимости1 МВтч. Огромные запасы угля и возможность уже в настоящее время удовлетворительно, с приемлемыми затратами решать проблемы при его добыче,переработке и использовании позволяют считать, что в перспективе этот видорганического топлива будет основным для развития отечественной энергетики.
Однако по использованию угля в энергетике Россия отстает от развитых стран вследствие перекоса цен на топливо. Так, в США доля угля в производстве энергии составляет 56 %, в Германии 31 %.Одна из основных проблем, препятствующих широкому применениюугля в российской энергетике, наряду с перекосом цен на топливном рынке, внастоящее время необходимость обеспечения допустимых концентрацийвредных веществ в выбрасываемых газах, т.к.
по содержанию вредных компонентов (зола и сера) отечественные угли в среднем в два раза хуже, чемиспользуемые в США и странах Западной Европы [159]. Для соответствиянормативам предельно допустимых выбросов содержание оксидов азота исеры в ближайшие годы должно быть снижено в 2...5 раз. Поэтому повышение использования угля в России требует применения современных технологий сжигания, новых методов очистки дымовых газов, а так же получениясинтетических и облагороженных видов топлива.221.3 Сжигание топлива по схеме прямоточногопылеугольного факелаУже в течение многих десятилетий в крупной энергетике предпочтениеотдается факельному способу сжигания твердого топлива [160...174 и др.].Исследования, проведенные в ВТИ еще в 30-е годы прошлого века, показали,что сжигание пылевидного топлива в камерных топках обусловливает высокую по сравнению с его сжиганием в слоевых механических топках экономичность процесса горения при минимальных избытках воздуха и потерях отхимической и механической неполноты сгорания [175].Один из подходов к решению проблемы повышения эффективностисжигания углей основан на попытках совершенствования сжигания углей присохранении в качестве основы существующей технологии пылеугольногосжигания в прямоточном факеле (топочные камеры с твердым шлакоудалением и прямоточным пылеугольным факелом занимают в современной энергетике доминирующее положение).
Недостатки этой технологии (загрязнениеи шлакование поверхностей нагрева, высокий уровень генерации NOх, эксплуатационные проблемы [131, 176...182]) стремятся устранять за счет повышения равномерности тепловыделения в объеме топке [183], увеличениягабаритов топки, использования рециркуляции газов [184...186], ступенчатого сжигания [186...189], впрыска влаги в ядро горения [190, 191], внедрениясистем с пылепроводами высокой концентрации (ПВК) [192] и других мероприятий [193...197].Особенностью сжигания топлива по схеме прямоточного факела является организация спутного движения топливных частиц и воздуха, подаваемогочерез горелки.
Для обеспечения надежного воспламенения свежего топливаприменяют его предварительную сушку в системе пылеприготовления и рециркуляцию части горячих газов из ядра факела к его основанию, к горелкам.При сжигании низкореакционных топлив, таких, как антрацитовый штыб,тощие угли, в целях обеспечения надежного воспламенения и улучшения выгорания необходимо существенно повышать до 1800…1900 K температурув зоне горения, что достигается путем изоляции тепловоспринимающих экранов и переходом на жидкое шлакоудаление. Применение жидкого шлакоудаления, позволяя повысить К.П.Д. парогенераторов, рассматривается такжеи как метод унификации топочных процессов при сжигании различных топлив.
Однако значительная часть топлив, например экибастузский уголь [169,198], горючие сланцы [199...201], дальневосточные и подмосковные бурые23угли [32, 202], обладают тугоплавкой золой, и, несмотря на многих организаций, обеспечить жидкое шлакоудаление при их сжигании не удалось. Большая часть твердых топлив на сегодняшний день сжигается в пылевом факелес твердым шлакоудалением при более низких, но все-таки достаточно высоких температурах факела 1600…1800 K.В пылеугольных котлах наблюдается сильная аэродинамическая и тепловая неоднородности вблизи горелок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
