1. Направления исследований и разработок на доконкурентной стадии
Направление исследований и разработок, по которым участники платформы заинтересованы координировать свои действия и/или осуществлять кооперацию друг с другом на доконкурентной стадии, могут быть следующие
Выбор площадок для размещения пилотных и серийных установок.
Выбор наиболее перспективных видов и месторождений твердых топлив для использования в рассматриваемой технологии, с учетом их основных физических и химических свойств, общих запасов, плеча доставки.
Выбор оптимальной с точки зрения энергетической эффективности и экономической целесообразности схемы подготовки и транспорта твердого топлива.
Разработка схем утилизации тепла отводимого от основного оборудования, генераторного газа и продуктов его сжигания, выбор и расчет паросилового и теплообменного оборудования.
Разработка и расчет принципиальной, тепловой и пусковой схем ПГУ c ВЦГ.
Разработка технологии утилизации золошлаковых отходов.
Разработка проектной документации для создания пилотной установки и головного полноразмерного образца.
Разработка проекта модернизации ГТУ для опытно-промышленной установки.
Разработка проекта перевода турбины ГТЭ-110 на генераторный газ.
Разработка стандартных общестанционных систем (водоснабжение, отопление, кондиционирование, канализация, освещение, пожаробезопасность и т.п.)
2. Приоритеты развития по направления кооперации участников платформы. Цели и задачи.
Краткосрочным приоритетом развития обладает направление по организации работы связанной с кооперацией основных исполнителей, которая включает заключение договоров о сотрудничестве, создание рабочих групп, разработка и утверждение технических заданий, выбор основных площадок и объектов внедрения пилотных и полномасштабных установок, оценка возможности отечественной промышленности удовлетворить спрос на оборудование при серийной реализации разрабатываемой технологии, выбор основных поставщиков импортного оборудования.
Среднесрочными приоритетами развития обладают направления связанные непосредственно с разработкой технологии и ее аппаратурного оформления, а именно:
- выбор основных видов твердых, пригодных для использования в разрабатываемой технологии
- разработка схем подготовки и подачи топлива, утилизации тепла,
- разработка и расчет принципиальной, тепловой и пусковой схем,
- разработка проекта модернизации ГТУ для пилотной установки,
- разработка проектной документации проектов пилотной установки и головного полноразмерного образца.
Долгосрочными приоритетами развития обладают направления связанные с реализацией технологии и доводки второстепенны систем, включающих:
- модернизация ГТУ для пилотной, опытно-промышленной установки,
- разработка проекта перевода турбины ГТЭ-110 на генераторный газ,
- разработка технологии утилизации золошлаковых отходов,
- разработка стандартных общестанционных систем.
Цель технологической платформы создание условий для сооружения типовых надежных, экологически чистых ПГУ с ВЦГ высокой экономичности.
Задача технологической платформы - разработка оборудования ПГУ с ВЦГ, которое после промышленного освоения и доводки обеспечит на крупных серийных образцах достижение экономических и экологических показателей, не уступающих лучшим зарубежным действующим аналогам при значительно более низкой удельной стоимости.
3. Направления собственных научных исследований и заимствование зарубежных разработок
Направления собственных (российских) научных исследований и разработок следующие:
- разработка технических решений по системам подготовки и подачи топлива, газификации, очистки генераторного газа от пыли и соединений серы, утилизации тепла. Разработка, расчет и оптимизация тепловых схем. Разработка технических заданий на проектирование. Авторский надзор за проектированием, изготовлением, монтажом и пуском оборудования головных образцов.
- разработка технических проектов пилотной установки и головного полноразмерного образца.
- разработка рабочих чертежей и изготовление основного оборудования.
- разработка и выполнение модернизации ГТУ для пилотной, опытно-промышленной установки. Проведение пуско-наладочных работ на ГТУ.
- разработка проекта перевода турбины ГТЭ-110 на генераторный газ.
Привлечение импортных технологий не требуется.
Технология 4 Технологии экологически чистого использования твердого топлива и газоочистки, обеспечивающие минимальные выбросы SО2, NOx, золовых частиц и др. ингредиентов, включая улавливание из цикла, компримирование и последующее захоронение СО2.
Проект 1 Технологии экологически чистого использования твердого топлива и газоочистки, обеспечивающие близкие к нулевым выбросам SO2, NOx, золовых частиц
Электроэнергетика России – одна из ключевых отраслей промышленности страны, и ей принадлежит определяющая роль в организации надежного энергообеспечения различных отраслей экономики, предприятий и организаций бюджетной сферы и населения. При этом ее функционирование не должно приводить к недопустимой деградации окружающей среды в зоне влияния энергопредприятий. Электроэнергетика должна развиваться опережающими темпами для безусловного обеспечения роста экономики при минимизации ее вредного влияния на окружающую среду. Указанное влияние обусловлено технологическими особенностями энергетического производства и не может быть полностью исключено, однако уменьшение негативного влияния энергообъектов на окружающую среду является настоятельной задачей.
В тепловой энергетике России функционирует 247 энергетических блоков мощностью более 150 МВт, из них 89 блоков в качестве основного топлива используют уголь. В настоящее время на тепловых электростанциях России существует целый комплекс экологических проблем.
К нормируемым в РФ основным загрязняющим веществам, выбрасываемым в атмосферу угольными ТЭС, относятся твердые частицы, оксиды серы и азота.
Несмотря на отдельные успехи в природоохранной деятельности в России не нашли широкого промышленного применения стандартные за рубежом для защиты окружающей среды установки очистки дымовых газов котлов от оксидов серы и азота.
Установленные для золоулавливания электрофильтры, в подавляющем большинстве построенные во второй половине прошлого века, недостаточно эффективны. В среднем по России в настоящее время степень очистки в электрофильтрах на ТЭС составляет около 95% при необходимой по современным экологическим нормам – 99%.
На котлах производительностью до 640 т/ч широко используются еще менее эффективные циклоны и мокрые аппараты (скрубберы Вентури).
При планируемом в «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» повышении выработки энергии и увеличении доли сжигаемого угля для минимизации воздействия объектов теплоэнергетики на окружающую среду необходимо внедрение на электростанциях перспективных технологий и оборудования, обеспечивающих выполнение установленных этой стратегией индикаторов экологической безопасности, которые приведены ниже.
Индикаторы экологической безопасности энергетики
Снижение удельных показателей выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, сброса загрязняющих сточных вод в водоемы, образования отходов предприятиями энергетического сектора (в процентах к 2005 году)
|
1-й этап
|
2-й этап
|
3-й этап
|
не менее 25%
|
не менее 40%
|
не менее 50%
|
Обеспечение уровня эмиссии парниковых газов (в процентах к 2005 году)
|
не более 83%
|
не более 90%
|
не более 105%
|
Введение в ближайшее время технологических нормативов допустимых выбросов загрязняющих веществ, которые устанавливаются для стационарных источников с применением технологических показателей наилучших доступных технологий (НДТ), потребует от энергопредприятий доведения экологических показателей вновь вводимого оборудования до уровня, принятого законодательно в странах ЕС: зола – 30 мг/м3; NОx – 200 мг/м3; SO2 – 200 мг/м3.
В связи с этим для энергетики России остро встает вопрос о разработке систем газоочистки, обеспечивающих выбросы SO2, NOx и золы, близкие к нулевым. Перспективными в этой области являются следующие направления:
Разработка комбинированного золоуловителя для крупных пылеугольных блоков, сжигающих экибастузские и кузнецкие угли;
Разработка двухступенчатой технологии селективного некаталитического восстановления оксидов азота;
Разработка технологии аммиачно-сульфатной сероочистки;
Разработка комплексной технологии газоочистки.
1. Разработка комбинированного золоуловителя для крупных пылеугольных блоков, сжигающих экибастузские и кузнецкие угли
В ближайшем будущем потребуется обеспечить очистку дымовых газов от твердых 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 уровня этих перспективных требований продукты сгорания высокозольных углей (таких как экибастузский, кузнецкий) от твердых частиц 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 мощных 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 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.
Разработка технологии двухступенчатой сухой комбинированной очистки методом электростатического осаждения с последующей фильтрацией позволит создать современный высокоэффективный золоуловитель с характеристиками мирового уровня. В табл. 1 приведены показатели комбинированного золоуловителя в сравнении с эксплуатируемыми электрофильтрами.
Характеристики комбинированного золоуловителя
Таблица 1.
Показатели
|
Комбинированный золоуловитель
|
Электрофильтр
|
Очистка больших объемов дымовых газов
|
да
|
да
|
Максимальная входная запыленность, г/м3
|
до 100
|
до 60
|
Степень очистки, %
|
до 99,99
|
до 99,95
|
Зависимость степени очистки от УЭС золы
|
нет
|
да
|
Габаритные размеры по отношению к электрофильтру
|
0,7
|
1
|
Капитальные затраты по отношению к электрофильтру
|
0,7
|
1
|
Эффективное улавливание субмикронных частиц
|
да
|
нет
|
Возможность улавливания соединений ртути и др. тяжелых металлов
|
до 90%
|
до 15%
|
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.
2. Разработка двухступенчатой технологии селективного некаталитического восстановления оксидов азота
В мировой практике для очистки дымовых газов от оксидов азота используются, в основном, дорогостоящие каталитические методы. Технология очистки дымовых газов от оксидов азота путем их некаталитического восстановления (СНКВ) реализована в настоящее время на 2-х котлах ТП-87 Тольяттинской ТЭЦ с использованием аммиачной воды и на блоке 330 МВт Каширской ГРЭС с применением карбамида.
Отсутствие катализатора и оборудования для его размещения в 5-8 раз уменьшает инвестиции в строительство таких установок по сравнению с каталитическими. Эффективность восстановления NOx в установках СНКВ составляет около 50% и может значительно изменяться в зависимости от режима работы котла.
Целью работы является обоснование и промышленная апробация на энергетическом котле при сжигании различных видов топлива технологии некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота, обеспечивающей высокую (на уровне 90 %) эффективность независимо от режима работы котла. Результаты разработки могут быть использованы не только на энергетических котлах, но и на других крупных загрязнителях атмосферы оксидами азота: мусоросжигательных котлах, технологических печах в нефтепереработке, химии, металлургии и др.
Основой для разработки технологии универсальной некаталитической очистки дымовых газов от оксидов азота являются исследования ВТИ по традиционной техноло-гии СНКВ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина по высокотемпературному и низкотемпературному некаталитическому восстановлению оксидов азота карбамидом. В низкотемпературной области процесс восстановления активизируется путем добавок к карбамиду специальных кислородсодержащих соединений. Эффективность очистки достигает 90-95%. Технология может применяться при сжигании различных органических топлив в тепловых агрегатах разной конструкции и назначения. Применение карбамида в качестве восстановителя вместо аммиачной воды облегчает размещение на территории объекта аммиачного хозяйства, повышает надежность и безопасность эксплуатации установки СНКВ.
Преимуществами предлагаемой технологии по сравнению с установками селективного каталитического восстановления оксидов азота (СКВ), которые в настоящее время используются в более чем 90% случаев, являются:
снижение инвестиций в строительство установок при сопоставимой эффективности очистки;
возможность сооружения при реконструкции действующих энергетических установок;
значительно меньшие площади для размещения оборудования;
уменьшение сроков сооружения и объемов строительно-монтажных работ;
опыт российских организаций в проектировании и наладке оборудования установок СНКВ в энергетике, азотной промышленности и на мусоросжигающих заводах;
повышение пожаро-взрывобезопасности на объекте при использовании карбамида вместо аммиачной воды.
3. Разработка аммиачно-сульфатной сероочистки
В связи с планируемым ужесточением отечественной нормативной базы по охране атмосферного воздуха требуется глубокая очистка продуктов сгорания практически всех сортов сернистого топлива. Это относится, в первую очередь, к вновь сооружаемым энергетическим установкам, а для большинства промышленных регионов – и к действующим энергетическим установкам. Одним из путей снижения выбросов диоксида серы является аммиачно-сульфатная технология сероочистки. Сравнительная технико-экономическая оценка аммиачно-сульфатной технологии с наиболее распространённой в мировой практике известняковой технологией показала, что в первом случае капитальные вложения будут в 2-2,5 раза меньше (сейчас при современных европейских ценах – в 4,5-5 раз). При этом получаемый продукт – сульфат аммония, является ценным товарным продуктом: эффективным сельскохозяйственным удобрением и сырьём для производства кормовых дрожжей. Поэтому данная технология особенно применима в промышленных районах, где имеется производство аммиака и концентрация диоксида серы в воздухе превышает нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ).
Высокоэффективная аммиачно-сульфатная технология очистки дымовых газов от диоксида серы SO2 обеспечивает нормативы выбросов, установленные европейской Директивой 2001/80/ЕС.
Основная цель технологии – снижение концентрации диоксида серы в уходящих дымовых газах до 200 мг/м3 и ниже. При этом данная технология позволит наряду с оксидами серы снизить на 30-35% выброс оксидов азота и тонких частиц летучей золы. Продажа сульфата аммония позволит за короткое время окупить капитальные вложения в сероочистку: для высокосернистого топлива (донецкие каменные угли) – за 1,5-2 года; для малосернистого топлива (кузнецкие каменные угли) – за 5,5-6,5 лет.
Задачей работы является совершенствование технологии сероочистки путем интенсификации процессов массообмена, что позволит снизить размеры и стоимость абсорбера – основного технологического узла сероочистных систем. После отработки и исследования интенсифицированной технологии она будет использована на отечественных ТЭС и может быть также применена в металлургической и химической промышленности.
Технология обеспечит получение показателей, приведенных в
таблице 2.
Основные показатели технологии аммиачно-сульфатной сероочистки
Таблица 2
Достижимая степень сероочистки, %
|
99,5 и более
|
Достижимая конечная концентрация SO2, мг/м3
|
200 и менее
|
Увеличение расхода энергии на собственные нужды, %
|
1,4-1,5
|
Качество получаемого продукта сероочистки
|
Сульфат аммония, товарный продукт
|
Удельные капитальные вложения, $/кВт
|
35-65
|
Технология прошла первичную проверку в промышленных условиях на Дорогобужской ТЭЦ при сжигании высокосернистого подмосковного бурого угля.
Практически все технологическое оборудование такой сероочистки может быть изготовлено отечественной промышленностью без закупки дорогостоящих узлов за границей.
4. Разработка комплексной технологии газоочистки
В настоящее время в развитых странах ТЭС, как правило, оснащены тремя раздельными системами очистки:
сухими электрофильтрами или тканевыми фильтрами для очистки от твердых частиц;
мокрыми сероочистками (основная технология мокрая известняковая очистка);
установками селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота с использованием аммиака.
По мере ужесточения существующих нормативов и появления новых происходит структурные изменения в производстве газоочистного оборудования, так например в США ведение нормативов по выбросу тонких твердых частиц (PM 2,5 и PM 10) привело к переходу от производства электрофильтров к рукавным фильтрам. Введение требований по сокращению выбросов ртути угольными ТЭС потребовало модернизации существующих установок азото- и сероочисток или дооснащения ТЭС новыми системами улавливания ртути. Зарубежный опыт показывает, что процесс модернизации существующего газоочистного оборудования в условиях действующих ТЭС и дооснащения его новыми системами приводит не только избыточным затратам, но и приводит к ошибкам в выборе оптимальной технологической схемы газоочистки.
Практика развитых стран показывает, что оснащение угольных ТЭС полным комплектом тремя раздельными системами газоочистки требует увеличения капитальных вложений на 25-30% и увеличению стоимости электроэнергии на 15-20%. Кроме того, для сооружения отдельных систем газоочистки необходимы существенные площади. В условиях действующих ТЭС задача их оснащения современными раздельными системами газоочистки является во многих случаях неразрешимой. В связи с этим активно ведутся исследования по разработке комплексных систем газоочистки от всех загрязняющих веществ.
В настоящее время на угольных ТЭС России отсутствуют установки очистки дымовых газов от оксидов азота и серы, обеспечивающие их необходимое снижение до уровня современных нормативных требований. Установленные на этих ТЭС золоулавливающие аппараты, как правило, также не могут обеспечить выполнение современных нормативов, особенно по тонким частицам.
Планируемое вступление России во Всемирную торговую организацию и интеграция в общеевропейское пространство неизбежно приведет к гармонизации российского экологического законодательства с законодательством стран Европейского союза, в частности, к переходу на более жесткие удельные нормативы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Это потребует оснащения как эксплуатируемых, так и вновь сооружаемых ТЭС, соответствующими дорогостоящими установками газоочистки.
При фактическом отсутствии на ТЭС установок очистки газов от оксидов и тяжелых металлов, а также отсутствии отечественного производства установок серо- и азотоочистки в условиях дефицита финансирования природоохранных мероприятий в РФ и планируемого ужесточения экологического законодательства, в российской тепловой энергетике складываются уникальные условия, позволяющие учесть зарубежный опыт и избежать излишних затрат при последовательном оснащении ТЭС раздельными системами газоочистки. Это, в свою очередь, даст возможность преодолеть технологическое отставание в производстве современного газоочистного оборудования и кардинально решить проблему сокращения выбросов тепловыми электростанциями в атмосферу всех загрязняющих веществ с минимальными финансовыми издержками.
Обязательным требованием к современной комплексной технологии очистки дымовых газов является не только ее безотходность, но и производство товарной продукции из продуктов улавливания.
Предлагаемая комплексная технология основана на последовательном постадийном применении электрофизического и электрокаталитического воздействия на очищаемые дымовые газы пылеугольных ТЭС. На рис. 5 представлена принципиальная схема опытно-промышленной установки.
На первой стадии запыленные дымовые газы поступают в ступень сухой электростатической очистки от твердых частиц с применением знакопеременного электропитания. Уловленная сухая зола отпускается потребителю, а невостребованная ее часть складируется на золоотвале.
На второй стадии дымовые газы поступают в электрокаталитический реактор представляющий из себя электроразрядную камеру с использованием импульсного барьерного разряда. Применение импульсного барьерного разряда приводит к созданию низкотемпературной плазмы с наработкой электронов энергией 5-10 эв и в дальнейшем химически активных радикалов (O, OH, OH2, H2O2 и др.), которые в конечном счете доокисляют низшие оксиды серы и азота в высшие. Для снижения энергозатрат и связывания полученных высших оксидов серы и азота в реактор вводится аммиак.
На третьей стадии осуществляется улавливание полученных в виде аэрозолей солей сульфатов и нитратов аммония в мокром электрофильтре с предварительным охлаждением газов распыленной водой. Полученный жидкий раствор солей может быть использован в виде готового удобрения, либо использован для производства сухих удобрений. Высокая степень очистки дымовых газов от загрязняющих веществ позволяет направлять их не в дымовую трубу, а в охладительные градирни, что дает дополнительный экономический эффект.
Основное преимущество комплексной технологии заключается в высокой эффективности очистки до 99,99% от твердых частиц, включая субмикронные, и до 95% от оксидов серы и до 90% от оксидов азота, а также получение побочных продуктов в виде ценных минеральных удобрений для сельскохозяйственной деятельности.
Разработанная технология и оборудование комплексной газоочистки позволит снизить затраты в 1,5-2 раза на оснащение генерирующих мощностей установками газоочистки, обеспечивающими перспективные нормативные требования по выбросам загрязняющих веществ.
Обычный сухой
электрофильтр
Мокрый
электрофильтр
Источник знакопере-менного питания
Источник питания
Реакци-онная камера
Источник питания импульс-ного барьерного разряда
Ввод аммиака
Сухая зола
Удобрения
дымосос
Электрофильтр
Дымовые
газы от котла
К дымовой трубе
Рис. 5. Принципиальная схема опытно-промышленной установки
Проект 2 Технологии улавливания из цикла и захоронения CO2
Для реализации долгосрочных задач по улавливанию и захоронению СО2 предлагается следующий перечень работ:
а) проведение работ по уменьшению эмиссии диоксида углерода от энергетических установок с использованием всех возможностей имеющегося оборудования.
б) проведение работ в области выведения диоксида углерода за счёт новых технологий сжигания газа и угля.
в) проведение работ, снижающих эмиссию диоксида углерода для действующих ТЭС путём его направленного вывода из газов.
г) проведение работ, снижающих эмиссию диоксида углерода для новых технологий переработки газа и угля, таких как парогазовые установки (ПГУ) и ПГУ с внутрицикловой газификацией угля.
д) исследования в области современных методов получения и использования водорода, получаемого из синтез-газа, таких как безреагентное разделение газа на мембранах и применение топливных элементов.
е) исследования в области конверсии полученного диоксида углерода и закачки его в нефтяные скважины, выработанные шахты и др.
В области оценки и выбора технологий по выведению СО2 из энергетических циклов.
Разработка программы снижения выбросов парниковых газов от ТЭС за счёт повышения экономичности существующего оборудования и повышения параметров пара.
Технико-экономический анализ и расчётно-теоретическая оценка по выбору различных реагентных и безреагентных способов выведения СО2 из энергетических циклов с оценкой капитальных и эксплуатационных затрат и степени увеличения себестоимости электроэнергии.
В области изучения параметров новых способов сжигания топлив:
Проведение исследований условий сжигания топлив в среде кислорода с рециркуляцией СО2 на экспериментальных установках. Расчетный анализ и разработка предложений по реконструкции существующих и разработке новых котлов.
Исследование технологий сжигания, газификации и очистки дымовых газов в химических циклах. Исследования проводятся на существующих и новых лабораторных установках с целью создания основ их проектирования и эксплуатации, получения исходных данных для создания демонстрационных объектов.
В области изучения параметров удаления СО2 из дымовых и генераторных газов реагентными и безреагентными способами:
Исследование процесса выделения и получения концентрированного СО2 при газификации среднезольных и высокозольных твёрдых топлив.
Проведение расчётных и экспериментальных исследований по гибридным установкам с твёрдооксидными топливными элементами с выделением СО2 до топливного элемента и после него.
Проведение расчётных и экспериментальных исследований безреагентного мембранного метода разделения газов газификации с получением концентрированного СО2 под давлением.
Исследования и разработки с использованием установок очистки дымовых газов от СО2 на действующих ТЭС. Проведение расчётных и экспериментальных исследований по улавливанию диоксида углерода растворами соды с получением бикарбоната натрия с последующим разложением последнего. Разработка профиля мощного угольного блока с очисткой дымовых газов от СО2.
В области изучения параметров транспортировки и захоронения выведенного из цикла СО2:
Оценка возможностей транспортировки СО2 и его подземного захоронения, в том числе с закачкой в нефтяные скважины.
Оценка возможностей конверсии СО2 с использованием методов искусственного фотосинтеза для регенерацией кислорода с использованием различных видов зелёной массы.
Общие работы, проводимые после завершения исследований по выведению СО2 из энергетических циклов:
Разработка технических предложений по созданию демонстрационной установки с улавливанием и захоронением СО2 в вариантах различных технологий улавливания и захоронения с выбором двух-трёх оптимальных вариантов.
Разработка проектов (для двух – трёх оптимальных вариантов) демонстрационных установок.
Реализация демонстрационных проектов. Срок 2015-2017 гг.
Наиболее целесообразно, по нашему мнению, осуществление работ по разделению топлива на углеродную и водородную составляющие до их сжигания. Такую технологию можно реализовать следующим образом. При использовании природного газа последний подвергается паровой конверсии с образованием водорода Н2 и монооксида углерода СО. При использовании газов газификации получается синтез-газ, содержащий водород и углеродсодержащие компоненты (СО, СО2, СН4). В мембранном устройстве водород отделяется от углеродсодержащего газа, так что чистота водорода достигает 99,9% и более. Затем монооксид углерода или смесь углеродсодержащих компонентов сжигают в среде кислорода с получением диоксида углерода СО2, а водород сжигают в воздухе с получением водяного пара Н2О и остаточного азота. Потоки сжигают или в специальных камерах сгорания, или с использованием топливного элемента. В последнем случае будет обеспечена дополнительная выработка электроэнергии при реакции окисления водорода. Газовая турбина, работающая на углеродсодержащих газах, выпускает СО2, под давлением, отличным от атмосферного, что резко уменьшает затраты на его последующее сжатие и транспортировку. Для полной утилизации тепла горючих газов используются стандартные паровые турбины.
Полученный концентрированный СО2 можно частично использовать для интенсификации фотосинтеза с увеличением урожайности сельскохозяйственных культур прямо пропорционально содержанию этого газа, а частично захоранивать известным способом.
В области улавливания СО2 из дымовых газов целесообразно использование соды как реагента с получением бикарбоната натрия и его последующей регенерацией.
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
Проект 1 Высокоэффективные модульные теплофикационные парогазовые установки единичной мощностью 100 и 170 МВт для строительства новых и реконструкции действующих ТЭЦ
В процессе реализации данного проекта будут проведены:
- выбор и согласование места размещения теплофикационной ПГУ-170(160);
- испытания головного образца ГТЭ-65 на ТЭЦ-9;
- модернизация ГТЭ-65 для условий работы в схеме;
- доводка и совершенствование конструкции газовой турбины ГТД-110;
- разработка технического проекта и обоснование инвестиций в строительство (ОИС) теплофикационной ПГУ-170(160), включая разработку сметной документации, проектов организации строительно-монтажных работ и оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС);
- НИОКР по оптимизации тепловой схемы ПГУ;
- разработка технических условий на поставку основного и вспомогательного оборудования теплофикационной ПГУ-170(160);
- разработка рабочего проекта основного и вспомогательного оборудования теплофикационной ПГУ-170(160);
- техническая подготовка, изготовление и поставка основного и вспомогательного оборудования теплофикационной ПГУ-170(160);
- строительно-монтажные, пуско-наладочные работы и ввод в эксплуатацию демонстрационной теплофикационной ПГУ-170(160);
- освоение и эксплуатация демонстрационной теплофикационной ПГУ-170 (160);
Проект 2 Перспективные технологические комплексы на основе теплофикационных ПГУ-170 и ПГУ-100 с применением теплонасосных установок, обеспечивающие коэффициент использования тепла топлива, близкий к 95–98 % с учётом использования источников низкопотенциального тепла
Разработка перспективных технологических комплексов на основе теплофикационных ПГУ-170 и ПГУ-100 с применением теплонасосных установок, и других источников низкопотенциального тепла осуществляется при выполнении следующих работ:
- выбор тепловой мощности и согласование места размещения ТН большой мощности применительно к теплофикационным ПГУ;
- НИОКР по оптимизации тепловой схемы ПГУ с включением в неё теплового насоса большой мощности и других источников низкопотенциального тепла;
- разработка технического проекта, обоснование инвестиций в строительство теплонасосной установки большой мощности и других источников в комплексе с теплофикационной ПГУ, включая оценку воздействия на окружающую среду;
- разработка технических условий на поставку оборудования и разработка рабочего проекта теплонасосной установки большой мощности и других источников;
- строительно-монтажные, пуско-наладочные работы и ввод в эксплуатацию демонстрационной теплонасосной установки большой мощности;
- испытания, освоение и эксплуатация теплонасосной установки большой мощности в едином технологическом комплексе с ПГУ.
Раздел 4. |
