Исследований технологической платформы «экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности» Инициаторы
Скачать 1.4 Mb.
|
| Технология 4 Технологии экологически чистого использования твердого топлива и газоочистки, обеспечивающие близкие к нулевым выбросы SO2, NOx и золовых частиц и других ингредиентов, включая улавливание из цикла СО2. Обязательным условием работы котельных установок, использующих органическое топливо, является ограничение выбросов в атмосферу токсичных газов (SO2 и NOx), а также твердых частиц-золы уноса. Особенно острой эта проблема является для мощных угольных энергоблоков: в соответствии с Директивами Европейского Союза новые котлы тепловой мощностью 500 МВт и более (паропроизводительностью 615 т/ч и более) должны иметь концентрацию SO2 в дымовых газа за котлом не более 200 мг/м3 (в пересчете на 3% О2) или 167 мг/м3 (в пересчете на принятую в России концентрацию О2=6%). Такие же жесткие нормы приняты и для оксидов азота (NOх), и для твердых частиц. Приведенные цифры свидетельствуют о том, что практически все угольные котлы для энергоблоков мощностью 210 МВт и выше должны быть оборудованы не только высокоэффективными электрофильтрами, но также устройствами для очистки дымовых газов от SO2 и в большинстве случаев – для очистки или связывания оксидов азота. Энергомашиностроительные компании в Европе и Северной Америке освоили производство наиболее эффективных установок мокро-известковой и мокро-известняковой сероочистки, а также установок селективного каталитического восстановления NOх. Обе эти технологии обеспечивают выполнение как европейских, так и американских норм по допустимым выбросам в атмосферу при сжигании любых марок углей. В России пока что отсутствует опыт изготовления оборудования для реализации этих технологий. На одной из ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» установлено оборудование СКВ, однако опыт эксплуатации этой установки на угле в России отсутствует (ТЭЦ-27 работает на газе). Российскими специалистами делается ставка на двухступенчатую технологию селективного некаталитического восстановления оксидов азота. Некоторый опыт использования этого метода, не требующего катализатора, имеется на Тольяттинской ТЭЦ (с использованием аммиака) и на блоке №3 Каширской ГРЭС (с применением карбомида). Мокро-известняковая технология сероочистки освоена только на полупромышленной установке (Губкинская ТЭЦ). Значительные успехи были достигнуты специалистами ОАО «ВТИ» при разработке технологии аммиачно-сульфатной сероочистки. Первичную проверку эта технология прошла на Дорогобужской ТЭЦ при сжигании высокосернистого бурого угля Подмосковного месторождения. Технология может обеспечить степень сероочистки 99,5% и продуктом сероочистки является сульфат аммония, который является эффективным сельскохозяйственным удобрением и сырьем для производства кормовых дрожжей. Достаточно остро стоит вопрос о выбросах в атмосферу золовых частиц. В ближайшем будущем потребуется обеспечить очистку дымовых газов от этих частиц до остаточной запыленности 30-50 мг/м3, а, следовательно, увеличить эффективность золоулавливающих установок до 99,95% и более. В России на сегодняшний день отсутствуют технические решения по золоулавливающей установке для мощных энергоблоков, позволяющей очищать до такого уровня продукты сгорания высокозольных углей (таких как экибастузский, кузнецкий) от летучей золы. Особенно сложно улавливание наиболее вредных тонко-дисперсных частиц, размером менее 10 мкм. К современным золоуловителя и предъявляются следующие основные требования: возможность очистки больших объемов газов; компактность; умеренное гидравлическое сопротивление; обеспечение высокой степени очистки дымовых газов при переменных режимах работы (нагрузках) котлоагрегата. Для выполнения этих требований наиболее перспективной и коммерчески целесообразной является технология двухступенчатой сухой комбинированной очистки методом электростатического осаждения с последующей фильтрацией. Она позволяет не только обеспечить очистку дымовых газов угольных энергоблоков от летучей золы (включая частицы субмикронных размеров) до остаточной запыленности на уровне 30 мг/м3, но и дает возможность улавливания соединений тяжелых металлов, в первую очередь ртути. В основу технологии заложена идея объединения двух различных золоуловителей (электрофильтра и рукавного фильтра) в одно устройство, с целью сочетания в нем достоинств этих аппаратов. Такое сочетание позволяет интенсифицировать процессы очистки в обеих ступенях и сократить габариты оборудования. Эффект достигается при увеличении скорости движения газов и, соответственно, скорости фильтрации в ступени окончательной очистки из-за формирования на фильтрующем материале более рыхлого слоя за счет зарядки частиц в предварительной ступени очистки. Аппараты с комбинированной очисткой (по сравнению с электрофильтрами) позволят значительно снизить выбросы тонких частиц, исключат проскок частиц и вторичный унос, эффективно будут улавливать золы с высоким удельным электрическим сопротивлением (УЭС) и иметь меньшие габаритные размеры. Эффективность улавливания частиц размером 0,01–50 мкм составит 99,99%. Стоимость аппарата с комбинированной очисткой дымовых газов от летучей золы до остаточной запыленности 30 мг/м3 будет примерно на 30% ниже стоимости электрофильтра c такой же степенью очистки. Технология очитки дымовых газов от твердых частиц методом фильтрации с их предварительной зарядкой особенно может быть востребована при реконструкции действующих российских ТЭС ввиду отсутствия необходимой площади для размещения электрофильтров требуемых размеров, а также в случае, когда неблагоприятные электрофизические свойства золы вынуждают устанавливать электрофильтры из 7 и более электрополей. В 2005 г. вступил в силу Киотский протокол, согласно которому развитые страны принимают на себя обязательства по сокращению антропогенной эмиссии парниковых газов с целью предотвращения глобальных изменений климата. Как принято сейчас полагать, наблюдаемое в настоящее время потепление климата вызвано именно антропогенной эмиссией этих газов (главным образом СО2). Примерно треть глобальной антропогенной эмиссии диоксида углерода связана с централизованным производством энергии из органического топлива. ТЭС являются мощными точечными источниками углекислого газа и поэтому представляют большой интерес с точки зрения организации улавливания на них СО2. Меры по повышению эффективности энергопроизводства и потребления, переход на сжигание газа вместо угля или мазута, разведение и восстановление лесов в краткосрочной перспективе являются основным способом снижения антропогенной эмиссии СО2. Кроме того, возможно повысить долю использования АЭС и возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем балансе, хотя рассчитывать в ближайшее время на эти источники энергии, как на основные, не приходится. Очевидно, что реализации первичных мер (энергосбережение, переход на сжигание газа и т.п.) недостаточно для стабилизации атмосферной концентрации диоксида углерода на безопасном для человечества уровне. В связи с этим в последние несколько лет в развитых странах, а также рядом международных организаций и крупнейших корпораций развернуты программы исследований возможностей снижения эмиссии СО2 за счет более дорогостоящих мер, принятие которых рассчитано на средне- и долгосрочную перспективу: сжигание топлив с пониженным содержанием углерода, улавливание диоксида углерода из дымовых газов и его последующее захоронение (или утилизация), а также ряд других. Очевидно, однако, что принятие такого рода мер в масштабах национальной экономики неминуемо приведет к заметному снижению эффективности энергопроизводства и повышению его стоимости. Именно поэтому в развитых странах большое внимание уделяется исследованию проблем, связанных с потеплением климата, и вопросам снижения затрат на борьбу с ним. Так, например, в последние годы ХХ века ежегодные расходы США на исследования в области изменения климата составляли примерно $1,6 млрд. (доля расходов на исследования в области собственно улавливания и захоронения СО2 пока относительно невелика). Наибольший вклад в эти исследования сделан к настоящему моменту Японией. Начиная с 1990 г., за неполное десятилетие на эти цели было израсходовано более $350 млн. Существуют три основных способа удаления СО2 при сжигании органического топлива на ТЭС:
При реализации первого способа СО2 улавливается из дымовых газов, как правило, с помощью установок химической абсорбции, после чего отгоняется из раствора абсорбента, осушается, ожижается и направляется на захоронение. Удаление СО2 до сжигания может быть осуществлено в процессе газификации. После проведения риформинга и шифт-реакции газовая смесь содержит главным образом водород и углекислый газ. Водород направляется на сжигание в газовую турбину, а СО2 с помощью аппаратов физической абсорбции, или с помощью аминов, удаляется и направляется на ожижение и захоронение. Для исключения азота из цикла сжигания из воздуха в специальном сепарационном блоке извлекают кислород, после чего сжигание топлива осуществляют в смеси О2 и добавляемого с помощью рециркуляции СО2. Дымовые газы в этом случае состоят из смеси углекислоты и водяных паров, после конденсации которых жидкий СО2 направляется на захоронение. В настоящее время все эти технологии могут быть реализованы с использованием уже существующего оборудования. Однако это оборудование должно быть усовершенствовано и модифицировано, причем в большинстве случаев необходимо соответствующее увеличение масштабов. Даже при использовании наиболее эффективных на сегодняшний день методов улавливания СО2 энергозатраты оцениваются в 8-13% для угольных ТЭС (из них 3-4% идет на сжатие углекислого газа до давления порядка 10 МПа и в 9-12% для газовых (2-3% на сжатие). В стоимостном выражении организация улавливания СО2 оценивается величиной €10-50 за МВт.ч. Стоимость производства энергии на блоках с улавливанием СО2 для парогазовых установок (ПГУ) на природном газе (9,74 ц/кВтч), затем идут блоки ПГУ с внутрицикловой газификацией (ВЦГ) (10,29-11,04 ц/кВтч) и, наконец, самая высокая стоимость на угольных блоках с факельным сжиганием – 11,48-11,88 ц/кВтч. В относительных величинах увеличение стоимости электроэнергии за счет улавливания СО2 для ПГУ на природном газе составляет 42-45%, для ПГУ с ВЦГ – около 35% и для блоков с факельным сжиганием угля – 75-80%. Таким образом, в настоящее время дешевых технологий снижения эмиссии СО2 нет, правовые и экономические механизмы трансграничного транспорта уловленной углекислоты и ее захоронения в недрах не разработаны, вопросы безопасности и надежности геологического захоронения не решены. В результате выполнение обязательств в энергетическом секторе может быть реально обеспечено только за счет повышения доли природного газа в европейском топливном балансе, за счет увеличения сжигания биомассы или за счет выкупа части неиспользованной квоты у тех стран, где она есть. Российская Федерация производит около 8% от всех мировых выбросов СО2 и находится на пятом месте по этим выбросам в мире. При этом на энергетику и транспорт приходится 84% от всех выбросов СО2. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла в России снижает потребление топлива в стране на 20 млн. т. у. т. в год. Повышение экономичности угольных энергоблоков и ТЭЦ может сократить расходы топлива и выбросы СО2 на 20% и более. В долговременной перспективе для стабилизации или даже снижения выбросов СО2 необходимо будет использовать технологический процесс секвестра углекислоты, который состоит из трёх основных звеньев: улавливания, транспортировки и захоронения. Вопросы транспорта СО2 изучены довольно хорошо, в то время как улавливание – наиболее затратная часть процесса секвестрации – и захоронение исследованы в значительно меньшей степени. ОАО «ВТИ» еще с 2005 года начал разработки в области улавливания и захоронения СО2. В 2006-2007 г.г. были выполнены исследования в рамках международного проекта «Calcium cycle for efficient and low cost CO2 capture using fluidized bed systems» по договору с Университетом г. Штутгарт (Германия) - проведены исследования по улавливанию СО2 известью. Были определены оптимальные режимы работы технологии, коэффициент массопередачи в зависимости от технологических параметров и скорость кальцинации реагента. Работа была принята Европейским Сообществом и доложена на международной конференции. Другие работы включали в себя исследования установок с внутрицикловой газификацией и очисткой от СО2, использования технологий сжигания в химических циклах и исследования по применению топливных элементов, работы по подземному захоронению или закачке СО2 в нефтяные скважины. Все эти работы финансировались Федеральным агентством по науке и инновациям и РАО «ЕЭС» России. Также разрабатывались технические решения по использованию сжигания в среде кислорода с рециркуляцией СО2 (расчетные исследования без финансирования). В последнее время в ОАО «ВТИ» в рамках Государственных контрактов, финансируемых Минобрнаукой РФ, осуществлялись следующие работы:
Технология 5 «Высокоэффективные модульные теплофикационные парогазовые установки единичной мощностью 100 и 170 МВт для строительства новых и реконструкции действующих ТЭЦ и перспективные технологические комплексы на их основе с применением теплонасосных установок, обеспечивающие коэффициент использования тепла топлива, близкий к 95–98 % с учётом использования источников низкопотенциального тепла» Поручениями Президента Российской Федерации от 29 марта 2010 г. Пр-839, перед электроэнергетикой поставлен ряд задач, касающихся повышения эффективности отрасли, и, в частности, определения сроков обязательного перехода на парогазовый цикл в соответствующих секторах генерации (п. 2з); разработки комплекса мер по стимулированию производства высокоэффективного энергетического оборудования, прежде всего такого, как парогазовые установки (п. 2г); максимального использования потенциала когенерации и модернизации систем централизованного теплоснабжения муниципальных образований (п.5). Настоящий проект направлен на создание условий технологического обеспечения при реализации поставленных задач. В соответствии с докладом Минэнерго России Правительству Российской Федерации принят срок до 2030 г., в течение которого должен быть обеспечен обязательный перевод на парогазовый цикл действующих КЭС и ТЭЦ России, работающих на природном газе. Переход на парогазовый цикл, как правило, будет сопровождаться увеличением мощности электростанций и высокоэффективным производством на них электроэнергии, что потребует проведения дополнительных балансовых проработок, учитывающих постанционные эффекты на интервалах 2011–2030 гг. Одновременно необходимо учитывать изменение (уменьшение) в балансах тепловой мощности доли теплофикационных отборов турбин в составе ПГУ-ТЭЦ, степень которого должна быть нормативно обоснована (показатель альфа-ТЭЦ), а дефицит скомпенсирован эффективными источниками тепла, например, тепловыми насосами и пиковыми котельными. Наиболее сложной и масштабной представляется задача реконструкции и перевода на ПГУ оборудования ТЭЦ, использующих природный газ, в составе 875 агрегатов с параметрами пара на давление 12,8–9,0 МПа и ниже. В то же время, как показывают предварительные оценки, перевод на ПГУ позволит на тех же площадках получить дополнительно до 80 ГВт эффективной мощности с выработкой на тепловом потреблении до 300 ГВт∙ч электроэнергии. Столь же масштабной является проблема наращивания когенерации. Из 132 городов с численностью населения от 100 тыс. чел. до 500 тыс. чел. только в 65 городах теплопотребление покрывается как от ТЭЦ, так и от котельных. В 67 городах потребители получают тепло только от муниципальных и ведомственных котельных, теплоэлектроцентрали территориальных генерирующих компаний в этих городах отсутствуют. Масштаб этих проблем и временные рамки их решения требуют обеспечения высоких темпов реконструкции действующих и строительства новых ТЭЦ при экономии капиталовложений, высокой надёжности и экономической эффективности оборудования, минимизации эксплуатационных затрат. Важным фактором при этом является стеснённость территории реконструируемых ТЭЦ, расположенных, как правило, в черте городской застройки, которая предъявляет жёсткие требования к компактности оборудования, оптимальному его размещению и минимальному воздействию на окружающую среду. В этих условиях от отечественного энергомашиностроения требуется максимальная унификация и высокий технический уровень оборудования, модульный принцип его заводского изготовления и поставки, высокая степень типизации проектно-технических решений. Предлагаемая в настоящем проекте разработка и освоение модульных теплофикационных парогазовых установок средней мощности 100 и 170 МВт на базе отечественных газовых турбин 65-110 МВт позволяет обеспечить выполнение вышеуказанных требований и задач как при реконструкции действующих, так при строительстве новых ТЭЦ. Эти два типоразмера закрывают значительную нишу потребности в эффективных современных теплофикационных ПГУ средней мощности и будут широко востребованы генерирующими компаниями. Реализация проекта позволит также преодолеть значительное отставание отечественного энергомашиностроения в создании эффективных конденсационных и теплофикационных ПГУ средней мощности. Основной целью технологии является создание, освоение и широкое тиражирование перспективной отечественной теплофикационной ПГУ-170(160) нового поколения с использованием научно-технического потенциала и развития энергомашиностроительного и электроэнергетического комплексов промышленности Российской Федерации. Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи: - осуществить доводку и совершенствование конструкции газовой турбины ГТД-110; - определить площадку для строительства демонстрационной (пилотной) теплофикационной ПГУ-170(160); - выполнить научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы для обоснования принимаемых технических решений; - разработать типовой рабочий проект теплофикационной ПГУ-170(160) с привязкой к выбранной площадке; - разработать и изготовить основное оборудование теплофикационной ПГУ-170(160); - осуществить строительство и освоение головной теплофикационной ПГУ-170(160); - уточнить по итогам освоения конструктивные и проектные решения; - обеспечить развитие производства предприятий энергомашиностроения в целях широкого тиражирования теплофикационных ПГУ-170(160); - осуществить крупномасштабное использование теплофикационных ПГУ-170(160) при реконструкции действующих и строительстве новых ТЭЦ. |
Похожие:
 | Отчет о разработке стратегической программы исследований технологической платформы Направления исследований и разработок, наиболее перспективных для развития в рамках платформы | | Программа исследований Технологической платформы «Текстильная и легкая промышленность» Текущие тенденции развития рынков и технологий в сфере деятельности платформы |
| Ежегодный отчет о выполнении проекта реализации технологической платформы... Технологии мехатроники, встраиваемых систем управления, радиочастотной идентификации и роботостроение | | Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Солнечная энергетика Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
 | Отчет о деятельности технологической платформы "Инновационные лазерные... Деятельность технологической платформы "Инновационные лазерные и оптоэлектронные технологии – фотоника" (далее – тп "Фотоника") в... | | Солнечная энергетика Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
| Результаты мониторинга состояния работ и проектов, рекомендуемых... Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук | | Отчет о деятельности технологической платформы «Развитие российских... Муниципальное казенное образовательное учреждение бутурлиновская средняя общеобразовательная школа №7 |
| Университет В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | 3 юродивые и кликуши В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Дневник магини Предисловие В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Кириллица – основа русской азбуки В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Пресс-релиз 29 ноября 2012 г. Агентство по прогнозированию балансов... Акимова, Т. А. Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / Т. А. Акимова. – М.: Экономика, 2007. – 510с | | Материалы к урокам. Х. Бидструп. Юный художник В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| «Риторика и культура речи: наука, образование, практика» В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Обзор красноярских сми за 22 июня 2011 года В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
