«Топочный вихрь»В мировой энергетике растет доля угля. Сжигать уголь более экономично и чисто можно разными способами. Один из самых эффективных – низкотемпературная вихревая технология – имеет российскую прописку.
В течение ближайших двадцати пяти лет мировые энергетические потребности вырастут на 60%, и для того, чтобы их удовлетворить, за это время в энергетику придется вложить около 16 трлн. долларов. И эффективнее всего вкладывать эти деньги в чистые энергопроизводящие и энергосберегающие технологии.
Суперсверхкритические параметры
Как считает сейчас большинство экспертов, рост угольной энергетики в ближайшие пятнадцать-двадцать лет будет покрываться в основном за счет ввода энергоблоков с котлами с традиционным факельным сжиганием угля. Еще часть мощностей – в первую очередь, в промышленной и локальной энергетике – будет введена за счет котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Причем в World Energy Council считают, что угольные паровые энергоблоки проживут до 2060 года, в первую очередь, потому, что альтернативные варианты потребуют больших инвестиций, они сложнее в эксплуатации и не дают значительного преимущества в КПД. Для дальнейшего повышения КПД классических пылеугольных котлов до 45‑50% (это будут топки с суперсверхкритическими параметрами пара – давлением 24‑30 МПа и температурой 580‑610 оC) не стоит вносить существенные изменения, а следует, к примеру, решать проблемы применения новых материалов в уже разработанных узлах и агрегатах.
Известно, что работы над созданием факельных энергоблоков с суперсверхкритическими (в западной терминологии – ультрасуперкритическими, USC) параметрами пара начались в середине прошлого века в США и СССР. По словам научного руководителя Всероссийского теплотехнического института Анатолия Тумановского, 16 угольных энергоблоков мощностью 380‑1050 МВт с такими параметрами уже работают в Дании, Японии и Германии. КПД лучших японских и немецких блоков находится на уровне 45‑46%, датских, работающих на холодной циркуляционной воде с глубоким вакуумом, – на 2‑3% выше.
Сейчас в Евросоюзе в рамках программы Termiproject идет разработка пылеугольного энергоблока с максимальной температурой пара выше 700 оC и с давлением 37,5 МПа. Выйти на эти параметры намечено к 2015 году. КПД энергоблока по плану должен составить свыше 50% и может достичь 53‑54%, еще через двадцать лет КПД достигнет 55% при температурах пара до 800 оC.
НТВ‑технология
Снижение интереса к угольной тематике со стороны государства во время «газовой паузы» привело к тому, что целый ряд прорывных по своему характеру технологий, многие из которых начинали разрабатывать у нас раньше, чем в других странах (парогазовые установки с внутрицикловой газификацией угля или ПГУ со сжиганием твердого топлива в кипящем слое под давлением), так и не был внедрен, и дальнейшие НИОКР были заморожены. Но с некоторыми технологиями дела обстоят не так уж плохо. Речь идет о низкотемпературной вихревой технологии (НТВ) сжигания. По словам выдающегося советского теплофизика Виктора Померанцева, предложившего основы этой технологии, она разрабатывалась как альтернатива существующему традиционному пылеугольному сжиганию. Сейчас понятно, что профессор Ленинградского политехнического института (ЛПИ) погорячился, прямо противопоставляя традиционное факельное сжигание и НТВ‑технологию в пылу дискуссии со своими научными оппонентами, но очевидно и другое: у его детища есть серьезные технологические аргументы для того, чтобы оно заняло важное место в угольной энергетике ближайшего будущего.
Лавинообразная модернизация
НТВ‑технология основана на аэродинамических приемах организации потоков в топке с перемещением больших масс грубо измельченного топлива в нижнюю часть топки, а воздуха, необходимого для дожигания, – в верхнюю ее часть. За счет создания двух зон горения, низкотемпературной вихревой в нижней части топки и более высокотемпературной в зоне дожигания, происходит тщательное перемешивание топочных газов и, как следствие, выравнивание тепловых потоков. Дело в том, что в традиционной технологии пылеугольного сжигания основная часть топлива сгорает в так называемой зоне активного горения, расположенной в районе горелок и занимающей относительно небольшой объем средней части топки, так что нижняя часть как бы работает вхолостую. Идея вихревого сжигания, по словам генерального директора компании «НТВ‑энерго» Виталия Скудицкого, как раз и состоит в том, чтобы нижнюю часть топки вовлечь в активный топочный процесс, «растянуть» активную зону горения и в два-три раза увеличить объем топочного пространства. Это дает возможность снизить максимальную температуру в вихревой топке на 100‑300 градусов и за счет активной аэродинамики выровнять уровень температуры во всем объеме активного горения, а это, в свою очередь, дает несколько плюсов. Во‑первых, в результате снижения температуры снижается образование оксидов азота (одного из самых вредных веществ, выбрасываемых тепловыми электростанциями). Во‑вторых, низкий уровень температуры горения и многократная циркуляция частиц позволяют связать оксиды серы минеральными же остатками самого топлива. Благодаря низкой температуре горения у вихревой топки практически нет проблем с загрязнением поверхностей нагрева.
Важное преимущество НТВ‑подхода заключается в том, что сжигается не пылеугольное топливо, а грубо измельченный уголь. По словам одного из учеников Виктора Померанцева генерального директора компании «Политехэнерго» Феликса Финкера, сейчас на Назаровской ГРЭС в Красноярском крае работает котел, который может сжигать куски дробленого угля размером от 8 до 10 сантиметров. Это приводит к увеличению общего КПД установки, так как отпадает необходимость в системах пылеприготовления, которые забирают у станции до 3% произведенной на ней электроэнергии.
Внедрение НТВ‑технологии в России возобновилось в конце 1990‑х годов. Самый яркий пример – реконструкция Рязанской ГРЭС. Изначально станция строилась с расчетом на сжигание подмосковных углей, но со временем из‑за кризиса в угольной отрасли станция была вынуждена перейти на сжигание бурого угля Канско-Ачинского бассейна. Сибирские угли по большинству параметров превосходят подмосковный, но в составе образующейся после его сжигания золы сорок с лишним процентов оксида кальция, который в ходе химических реакций горения легко превращается в гипс, образующий прочные отложения на поверхностях нагрева. По словам Анатолия Гаврилова, в результате пришлось чуть ли не каждые две недели останавливать котлы на очистку от гипсовых отложений. Ситуацию на угольных котлах РГРЭС, по сути, спасло внедрение НТВ‑технологии, после чего экономическая ситуация на станции выправилась. И если в 1990‑х годах низкотемпературной вихревой технологией интересовались больше за границей, ученики Померанцева обновляли котлы в Эстонии, Болгарии, Китае, Индии, Чехии и даже две топки в США (всего несколько десятков энергоблоков), то теперь, по словам Феликса Финкера, рост заказов на НТВ‑модернизацию уже в России принял лавинообразный характер.
По материалам журнала "Эксперт"
Ирик Имамутдинов Источник: http://www.eprussia.ru |
