Глава 22. Сравнительная оценка газификации угля в шлаковом расплаве с традиционной угольной энергетикой

В связи с постоянным изменением цен на рынке энергетического оборудования проведем сравнительную оценку затрат на строитель­ство энергоустановки по традиционной угольной технологии и по технологии газификации в шлаковом расплаве не в абсолютном де­нежном выражении, а в относительных величинах Такое сравнение приведено в табл.

Таким образом, стоимость оборудования для газификации угля в рас­плаве ниже, чем стоимость традиционного оборудования угольных ТЭС.

С учетом производства дополнительной продукции из минераль­ной части угля, экономическая эффективность газификации угля в шлаковом расплаве будет еще выше.

Таблица 22 1 Качественное сравнение стоимости оборудования энергоустановки с газификацией угля в шлаковом расплаве и уста­новки с пылеугольным котлом

Рассмотрим другие преимущества энергоустановки с газификаци­ей угля в шлаковом расплаве [14]

1.

При газификации угля в расплаве вместо золы образуется шлак (по составу близкий к доменному) Доменные шлаки, образующиеся

при производстве чугуна, практически на 100 % используются. Как правило, производятся гранулированный шлак и щебень, которые широко применяются в строительстве и производстве строительных материалов.

2. При сжигании пылеугля, особенно низкореакционного, имеется значительный механический недожог. Например, при сжигании ан­трацитового штыба, содержание углерода в золе достигает 20 %. Это приводит к значительным потерям топлива, ухудшает энергетическую эффективность процесса. Хранящаяся в золоотвалах зола с высоким содержанием углерода склонна к самовозгоранию.

При газификации в шлаковом расплаве угля недожог полностью исключен

3. При использовании для газификации угля кислорода, с после­дующим сжиганием образующегося газа в котле воздухом, объем ды­мовых газов в 2 раза меньше, чем при традиционном сжигании пы­леугля.

При этом вдвое снижаются тепловые потери с дымовыми газами, валовые выбросы пыли. Требуется газоочистка вдвое меньшей мощ­ности. В 1,5 раза меньше вес котла.

4. Пылевынос. Дутье в реакционную среду (шлаковый расплав) вводится рассредоточено по всему сечению реактора Скорость по­дачи дутья в расплав составляет около 200 м/с. Однако струи окис­лителя за счет термического расширения уже на начальном участке движения в расплаве тормозятся и всплывают практически верти­кально в виде газовых конгломератов И на выходе из ванны скорость движения технологических газов составляет около 3 м/с (нагретый газ). Такая небольшая скорость движения газа обеспечивает незначи­тельный механический вынос топлива из реактора, который даже для мелкодисперского угля не превышает 2,5 % Как правило, механиче­ский унос угля составляет 1,0-1,5 %.

5. Вредные газообразные выбросы.

При сжигании пылеугля содержание оксидов азота в дымовых га­зах (без специальной очистки) составляет более 500 мг/нм3 При гази­фикации угля в расплаве содержание оксидов азота в дымовых газах (после сжигания газа в котле) составляет не более 100 мг/нм3. Учиты­вая, что объем дымовых газов при газификации угля в 2 раза меньше, валовый выброс оксидов азота снижается в 10 раз

Содержание оксидов серы в дымовых газах определяется ее со­держанием в угле. При сжигании пылеугля вся содержащаяся в нем сера переходит в дымовые газы. При газификации угля в расплаве около 15 % серы остается в шлаке и металле. Около 70 % серы дымо­вых газов связывается в твердые соединения, которые улавливаются аппаратами пылеочистки. Таким образом, даже без использования сероочистки, количество выбросов газообразных соединений серы с дымовыми газами для новой технолоіии в 3-4 раза меньше, чем для традиционной.

6. Дополнительная продукция.

При сжигании пылеугля дополнительной продукции нет.

При газификации угля в шлаковом расплаве вся минеральная не­горючая часть топлива превращается в товарные продукты. Причем непосредственно вблизи от энергоустановки могут быть получены из шлака такие высокотехнологичные строительные материалы, как ми­неральное волокно, литые каменные блоки и др.

Извлечение попутного металла из угля сравнительно невелико. Тем не менее стоимость получаемого попутно чугуна существенно превы­шает затраты на расплавление золы угля и восстановление оксидов же­леза.

При расположении установок для газификации угля в одном ре­гионе с металлургическими предприятиями, существует возможность в качестве флюса использовать сталеплавильные шлаки, содержащие значительное количество СаО и оксидов железа. При этом выход чугу­на значительно увеличится.

Учитывая, что чугун и стройматериалы имеют устойчивый спрос на рынке, производство попутной продукции повышает эффективность основного производства. Так при газификации угля марки АШ на 1 тонну угля производится около 33 кг чугуна и 337 кг гранулирован­ного шлака. При стоимости чугуна 9100 руб за тонну и стоимости гранулированного шлака 100 руб за тонну стоимость попутной про­дукции, образующейся при газификации 1 тонны угля, составит око­ло 300 руб. При стоимости энергетического угля, включая железнодо­рожный тариф, около 1500 руб/т., за счет попутной продукции можно покрыть 20 % расходов на топливо для производства электроэнергии угля.

7. Требования к топливу.

При сжигании пылеугля используется, как правило, только опре­деленный сорт угля, для которого рассчитаны параметры оборудова­ния.

При газификации угля в расплаве можно на одном и том же обору­довании использовать практически любой уголь без ограничений по составу, влажности и крупности.

8. Маневренность.

Как правило, пылеугольные котлы могут устойчиво работать в ин­тервале 100-60 % от номинальной нагрузки.

При газификации угля в расплаве производительность установок может изменяться в значительно большем диапазоне.

В последнее время за рубежом активно развивается технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС), которую какже следует рас­сматривать как альтернативу традиционному сжиганию.

Разработчики технологии позиционируют ее как универсальную технологию, обеспечивающую качественно более высокие экологи­ческие показатели. Есть предложения о покупке этой технологии и оборудования за рубежом или разработке отечественного аналога.

Принцип технологии заключается в многократной обработке ча­стиц твердого топлива окислителем при относительно низкой темпе­ратуре, обеспечивающей существенное уменьшение образования ок­сидов азота. Утверждается, что эта технология пригодна практически для любых видов твердого топлива.

По нашему мнению, реализация этой технологии при относитель­но низких температурах является не ее достоинством, а существен­ным недостатком.

Действительно, для обеспечения одинаковой производительности объем реактора с рабочей температурой 800-900 °С, как это осущест­вляется в технологии ЦКС, будет существенно больше, чем при тем­пературах выше 1400 °С. Соответственно и удельная стоимость тако­го оборудования будет существенно выше. Кроме того, более низкая температура в реакционном пространстве определяет и более низкий КПД производства энергии.

Многократная обработка окислителем угольных частиц обеспе­чивает их полное горение только для высокореакционных видов то­плива. При горении таких топлив, как антрациты и полуантрациты на поверхности частиц угля образуется непроницаемый для окислителя слой золы. При этом нельзя обеспечить высокую полноту сжигания даже при многократной окислительной обработке частиц угля.

Технология ЦКС имеет определенные положительные стороны, но и существенные недостатки. Поэтому, рассматривать эту технологию как единственное стратегическое направление развития угольной энер­гетики неверно.

Как было показано выше, при газификации угля в шлаковом рас­плаве также реализуется принцип многократной обработки угольной частицы окислителем. Однако обеспечивается существенно более вы­сокая температура реакционной среды. Поэтому удельная (на едини­цу объема реакционного пространства) производительность при га­зификации угля в шлаковом расплаве существенно выше. При равной производительности габариты и вес установки при газификации угля в расплаве существенно меньше, чем для ЦКС.

Газификация угольных частиц в шлаковом расплаве при их много­кратном контакте со шлаком вне окислительных областей, сопрово­ждается растворением золы с поверхности частиц в шлаковом рас­плаве. Поэтому даже при использовании низкореакционных топлив механический недожог практически отсутствует.