Данный раздел составлен по материалам соответствующих периодических изданий и сборников научных докладов различных конференций

 

На сегодняшний день в России нет газогенераторных энергетических агрегатов промышленных мощностей. На основе модернизации существующего оборудования элекростанций разработаны и созданы единичные опытно-промышленные образцы.

 

Масштабное внедрение и использование высокоэффективных схем работы с твердым топливом (ПГУ с внутрицикловой газификацией, применение кипящего слоя) требует длительных и дорогостоящих НИОКР, но уже в настоящее время качество углей, поступающих на станции ухудшается. Это влечет за собой рост потребности в мазуте или природном газе для подсветки пылеугольного факела. Поэтому значимыми становятся вопросы термоподготовки твердого топлива с целью повышения его потребительских свойств и замещения высокосортных дорогостоящих топлив. Рассматриваются также альтернативные пылевидному варианты сжигания твердого топлива в слоевых процессах.

 

В области большой энергетики (свыше 10 МВт) наиболее активно разрабатываются следующие основные схемы:

·                    растопка энергетических котлов

·                                          с газификацией пыли в муфельных горелках  888

·                                          с плазменной термохимподготовкой  888

·                    стабилизация горения пылеугольного факела при сжигании низкореакционных углей генераторным газом

·                                          из слоевого газификатора  888

·                                          из устройства плазменной термохимподготовки пылевидного топлива  888

·                    газификация угля

·                                          в аэрошлаковом расплаве  888

·                                          в плазменном газификаторе  888

 

В соответствующей литературе можно найти прочие различные варианты использования принципов газификации твердых топлив для энергетических целей.

 

Для территорий удаленных от линий энергоснабжения, а также регионов, обладающих значительными запасами доступных местных топливных ресурсов, разрабатываются варианты независимого энергобеспечения с применением газификации местных топлив (торф, биомасса, твердые бытовые отходы). Подобные установки относятся к области малой энергетики и включают в себя:

·     газогенераторные МИНИ-ТЭЦ  888

·     газогенераторные водогрейные установки и теплогенераторы  888

 

РАСТОПКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ

Газификация пылевидного топлива в муфельной горелке

На кафедре тепловых электрических станций Уральского государственного технического университета – УПИ разработана высокоэкономичная растопочная газификационная горелка. Газификация ведется путем ускоренного интенсивного прогрева пылеугольной струи с последующим сжиганием топливной смеси на выходе из горелки. Прогрев ведется малорасходным (до 50 кг/ч) мазутным факелом. Далее пылевоздушный поток газифицируется и входит в автотермический режим. Мазутные факелы отключаюся. Стенки муфеля, разогретые до температуры 600 ⁰С, обладают значительным запасом тепловой энергии и при кратковременном погасании факела (либо значительном ухудшении в составе угля и, следовательно, газа) стабилизируют режим, обеспечивая последующее воспламенение.

 

Данная растопочная горелка прошла испытания и проверена в эксплуатации на ТЭЦ-3 Улан-Батора (Монголия). Горелка установлена на котле БКЗ-75.

 

Практически достигнутый эффект виден из следующего сравнения. Классическая растопка проводилась тремя мазутными форсунками производительностью 0,8 - 2 т/ч в течение четырех часов. При использовании горелки мазут подавался в течение 20 минут двумя форсунками по 30 кг/ч.

 

Плазменный метод растопки

Полностью исключить мазут из процесса растопки позволяет внедрение плазменной термоподготовки топлива к сжиганию. Данная технология разработана в Отраслевом центре плазменно-энергетических технологий РАО "ЕЭС России" при ОАО "Гусиноозерская ГРЭС", (г. Гусиноозерск). Первичный нагрев и последующая газификация пылевидного топлива производятся в плазменном газификаторе, где частицы угля взаимодействуют с плазмой. Такая схема нечуствительна к качеству исходного угля. Испытания технологии проводились на мощных энергетических котлах (ТП-109 и ТПЕ-215 паропроизводительностью 670 т/ч и БКЗ-640) с углями различной реакционной способности (от бурых до антрацитов). Мощность плазмотронов составляла в различных сериях экспериментов от 100 до 360 кВт. Технология внедрена на Гусиноозерской ГРЭС на котлах ТПЕ-215. Эти котлы паропроизводительностью 670 т/ч эксплуатируются с плазменной безмазутной растопкой с 1994 года.

 

СТАБИЛИЗАЦИЯ ГОРЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ФАКЕЛА

Газификация топлива в плотоном или кипящем слое

На кафедре тепловых электрических станций Южно-Российского государственного технического университета – НПИ разработан и запатентован (Пат. 2078286 (РФ)) способ газификации низкореакционного твердого топлива. С целью улучшения процессов сжигания твердого низкореакционного топлива (ТНТ) предлагается использовать его частичную газификацию при температурах 800 – 1100 ⁰С, а затем, смешивая с пылевидным топливом, направлять в основные горелки котла. Газификация топлива проводится в неподвижном или кипящем слое. Этот способ сжигания ТНТ имеет ряд преимуществ: устойчивый процесс воспламенеия и горения топлив, улучшение маневренности котла, повышение экологичности процесса. Практического воплощения проект не имеет (состояние на 2002 год).

 

Плазменная технология стабилизации горения пылеугольного факела

Отраслевым центром плазменно-энергетических технологий РАО "ЕЭС России" на котле ТП-109 был проведен ряд испытаний по плазменной стабилизации пылеугольного факела. Была подтверждена стабильность процесса термохимподготовки топлива и снижение механического недожога (содержание горючих в уносе на 1,0-1,5% меньше, чем без подсветки).

 

ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ

Аэрошлаковый расплав

Современной реализацией способа газификации является разработанная в 1997 году акционерным обществом Научно-исследовательский институт экологических проблем энергетики РАО "ЕЭС России" в содружестве с другими российскими организациями (ОАО "Красный котельщик", АО "Ростовтеплоэлектропроект", НПО "Алгон", АО "Стальпроект", "Гинцветмет" и др.) опытно-промышленная установка (ОПУ) тепловой мощностью 200 МВт, использующая технологию газификации и сжигания угля в аэрошлаковом расплаве, близкую к применяемой в металлургической промышленности (процесс "Ромелт"). Проект разработан в рамках Государственной научно-технической программы Российской Федерации "Экологически чистая энергетика".

 

Установка представляет собой модернизированный котлоагрегат ТРГЕ-170, снабженный камерой-газификатором угля атмосферного типа. Подготовка и обогащение топлива, как и сам процесс газификации, происходят в турбулентно перемешиваемой эмульсии топлива, шлака, дутья и газа. При этом жидкий шлак играет роль теплоносителя. При попадании угля в шлаковый расплав происходит его резкий нагрев, сравнимый с "тепловым ударом". Это обеспечивает протекание интенсивного процесса термического дробления угля и выхода летучих. В качестве основного топлива для ОПУ предусматривается уголь марки АШ с низшей теплотой сгорания 4700 ккал/кг. Растопочным и резервным топливом служит природный газ.

 

Плазменная газификация пылевидного топлива

В Отраслевом центре плазменно-энергетических технологий РАО "ЕЭС России" разработан плазменный алло-автотермический газификатор ПААГ производительностью по угольной пыли 5 т/ч. Совместно с ВТИ были проведены его испытания на котле БКЗ-640-140. Плазмотроны установлены для интенсификации процессов горения и газификации. Первый установлен в верхней части по оси реактора. Он используется для воспламенения частиц аэросмеси с целью получения тепла, необходимого для компенсации эндотермического эффекта реакции газификации. Второй расположен тангенциально к реакторной камере и предназначен для поддержания температуры по длине реактора, что спосбостует интенсификации процесса газификации. Шлакоудаление в схеме - сухое.

 

По результатам испытаний были сделаны выводы о применимости плазменного процесса газификации к бурым углям и выдано техническое задание на проектирование ПААГ производительностью по угольной пыли 32 т/ч с привязкой к котлу БКЗ-640-140 Гусиноозерской ГРЭС. Схема ПААг разработана.

 

ОПЫТНЫЕ СТЕНДЫ БОЛЬШОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Построена и эксплуатируется опытная установка ИГИ по получению газа из углей. Процесс протекает в кипящем слое под давлением до 3 МПа.

 

НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова создал крупномасштабный стенд, на котором проводились работы по отработке режимов газификации топлив с последующим использованием газа в ГТУ. Процесс газификации происходит под давлением 0,3-0,5 МПа на паровоздушном дутье в кипящем слое.

 

В результате многолетних экспериментальных работ, наращивания и доводки оборудования на ЗуЭТЭЦ была создана комплексная стендовая установка, имеющая в своем составе горновой газогенератор, сухую газоочистку и газотурбинную камеру сжигания. Производительность установки по углю – 100 кг/ч, давление – до 0,7 МПа. Проведены испытания технологии на широком диапазоне топлив: бурые и каменные угли, антрацит, брикет и окатыш антрацитового штыба, нефтекокс. Результаты убедительно свидетельствуют о пригодности технологии к применению на всех указанных топливах.

 

ПОДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ

Действующие станции подземной газификации углей "Подземгаз" (построенные в 1930-1941 гг.) сохранились в Кузбассе и Ангрене. На них в СССР впервые были осуществлены опыты для получения генераторного газа. В 1999 году в Ангрене (Узбекистан) провели начальные полевые опыты на скважине для получения водяного газа и переработали 3200 т угля в газ.

 

 

МАЛАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Изначально ориентированные на низкосортные местные топлива, малые энергетические установки должны обеспечивать экономически доступный, технически простой и экологически эффективный способ получения электрической и тепловой энергии. Наиболее разработанными в настоящее время являются процессы газификации в плотном (ПС) или кипящем (КС) слое. Плотный слой более полно отвечает вышеназванным условиям.

 

Все представленные на российском рынке установки шахтно-слоевого типа (отечественные и зарубежные) можно классифицировать, в зависимости от схемы движения газов, на установки обращенного, прямого и смешанного процессов. Конструкции устройств прямого процесса могут обеспечивать высокий, средний и нижний отбор горючего газа.

 

Газогенераторы обращенного процесса применяются для получения "силового" газа (состоящего в основном из СО и Н₂), и предназначенного для использования в двигателях внутреннего сгорания. Подобные разработки ведутся АО "Энерготехнология" (г. Санкт-Петербург) совместно с Санкт-Петербургским государственным техническим университетом и Центральным научно-исследовательским дизельным институтом. Проведены НИОКР по переводу дизельных двигателей на генераторный газ. Рассмотрены варианты газодизельного (85% генераторного газа и 15% - жидкого топлива в номинальном режиме) и чисто газового циклов. Имеется опытная установка. В ее состав входят газогенератор тепловой мощностью 120 кВт, система очистки и охлаждения газа, дизельный двигатель электрической мощностью 30 кВт, специально разработанный смеситель генераторного газа с воздухом, система регулирования. Топливом для экспериментальной установки служит древесина с широким диапазоном влажности (25 – 40%).

 

Установки с нижним отбором будучи наиболее безопасными и наименее материалоемкими получили широкое распространение в Европе и в ближнем зарубежье, а сейчас проникают и на российский рынок (из Белоруссии и пр.). К недостаткам установок следует отнести неустойчивость режима горения слоя на решетке вследствие естественной неравномерности подачи и шлакование решеток на нерасчетном топливе (типа торф), а так же плохую работу узла дожигания.

 

Установки со средним отбором характеризуются устойчивостью процесса газификации, легкостью поддержания бесшлаковочного режима горения и высокими экологическими показателями работы. Установка используется в качестве твердотопливного газогорелочного устройства и состоит из газификатора и горелочного устройства - муфеля.

 

Установки смешанного процесса. Применение подобной схемы эффективно для одностадийного сжигания высоковлажных мелкодисперсных топлив с тугоплавкой золой (типа древесного опила).

 

На главную страницу

На страничку "Наши разработки"