Измельчение угля позволит энергетикам сэкономить на топливе

25.01.2017



 

Тепловые электростанции (ТЭС) вырабатывают электричество за счет преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания. Сейчас для этого главным образом используется мазут. Однако вместо него учёные Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН предложили применять измельчённый уголь, что существенно экономит деньги и наносит меньше вреда окружающей среде.

Россия — одна из ведущих стран мира по запасам угля, но открытие крупнейших месторождений нефти и газа в 50-е годы прошлого века привело к изменению топливного баланса страны. Добыча угля резко сократилась во время перестройки, а основным энергоносителем стал газ. Однако последние оценки специалистов вызывают беспокойство за энергообеспеченность государства, если её основой будут только углеводороды. Так что сейчас активно возобновляется изучение такого топлива как уголь, а именно — его использования в пылевидном состоянии.

Учёные из ИТ СО РАН около 10 лет занимаются вопросом переработки этого материала. Сейчас на теплоэлектростанциях основным топливом для розжига является мазут, необходимый для растопки и стабилизации факела энергетических котлов на ТЭС. Исследователи предлагают использовать вместо него механоактивационную угольную пыль, которая дешевле в 3 раза и имеет ряд преимуществ. Прежде всего, при измельчении угля в высоконапряженных мельницах можно приблизить его качественные характеристики к газу и мазуту. Кроме того, этот материал наносит меньше урона окружающей среде. Обычно при мазутном розжиге идут выбросы сернистых газов, оксида ванадия, а тот же уголь в основных месторождениях Сибири малосернистый, и в его составе ванадий отсутствует.

— Чтобы разжечь энергетический котёл, в течение 3-4 часов сжигается мазут и газ, — рассказывает главный научный сотрудник, доктор технических наук Анатолий Петрович Бурдуков. — Подобная система есть на Березовской РЭС: там три блока, каждый по мощности как две новосибирских гидроэлектростанции (ОбьГЭС). Один из них — котельная часть — не так давно полностью выгорел из-за воспламенения мазутной системы розжига: убытки были многомиллиардными. Поэтому разработка безмазутной системы безусловно актуальна.

Значительное усиление химической активности пыли происходит за счет увеличения поверхности реагирования частиц. Как следствие — высокая интенсивность горения, необходимая для работы теплоэлектростанции.

— Предполагаемый механизм роста химической активности связан с отрывом боковых цепей в молекулах угля и последующим образованием свободных химических связей, — поясняет инженер, аспирант ИТ СО РАН Артём Валерьевич Кузнецов. — Из-за этого кислород как окислитель быстрее реагирует на углерод. Однако это только одна из гипотез: природа механоактивации пока изучена недостаточно и требует дальнейших исследований.

Для этого ученые используют ударный механизм: он представляет собой множество расположенных по кругу штырей, бьющихся друг о друга. Уголь подается в мельницу-дезинтегратор, которая и осуществляет механоактивацию с измельчением пыли до 40 микрометров.

— Вся система работает за счёт измельчения: от его вида зависит, как меняются свойства угля, — поясняет аспирант ИТ СО РАН Евгений Борисович Бутаков. — Мы заметили, что в случае с углём температура воспламенения у него становится ниже: то есть надо подвести меньше энергии, чтобы его разжечь. Суть нашей системы в этом: мы нашли высоконапряжённую мельницу, которая осуществляет механоактивационное измельчение с заметным увеличением химической активности углей, приближая его свойства к газомазутному топливу.

Уголь способен не только гореть, но и превращаться в горючие газы. Благодаря его химической активности можно делать высоконапряженные системы газификаторов на основе этого ископаемого: получать газ, пускать по трубам и также сжигать.

— Мы продолжаем эти исследования, потому что видов угля много, и для каждого топлива нужно проводить свои эксперименты, чтобы нормально отрабатывать технологии, — добавляет Евгений Бутаков. — На данный момент главная проблема нашей системы — внедрение. Она довольно прогрессивна, но не все готовы на неё решиться и изменить существующий порядок производства. Правда сейчас мы всё же работаем с московской организацией ТОХИЛ и новосибирской Сибтехэнерго над практическим приложением технологии.

По словам ученых, индустриальные потребители чаще всего не особо стремятся к внедрению новых технологий. Энергетикам неинтересно внедрять новую технологию безмазутного розжига пылеугольного факела, если все дополнительные расходы при использовании дорогого мазута можно переложить на потребителя через тарифы на энергию. Исследователи предполагают, что здесь могил бы помочь специальные решения на правительственном уровне по поддержке внедрения новых технологий.

Конечно, у таких систем есть свои недостатки: износ рабочих элементов мельниц при непрерывной работе на угле, а также необходимость установки золоулавителей при переводе газомазутных котлов на такой уголь. Однако для розжига котлов с длительностью процесса 4-5 часов это не проблема: при замене мазута углём процесс окупаемости за счёт разницы в стоимости угля и мазута.

Алёна Литвиненко, Наука в Сибири

Подразделы

Объявления

©РАН 2017