Регистрация / Вход
Прислать материал

Научно-исследовательская разработка модернизации устаревших угольных ТЭЦ с организацией комбинированного цикла и газификацией угля.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергетика, теплоэлектроцентраль, изношенное оборудование, , природный газ, уголь, модернизация, газотурбинная установка, газификация угля, комбинированный цикл, парогазовая установка, энергетические и экологические показатели.

Цель проекта:
Проблема моральной и физической изношенности энергетического оборудования РФ наиболее остро касается устаревших угольных ТЭЦ с поперечными связями, низкими параметрами пара и стагнирующими экологическими и экономическими показателями. При сложившейся конъюнктуре в РФ возможность массовой и достаточно оперативной замены оборудования этих ТЭЦ с суммарной мощностью 14,3 ГВт нереальна из-за больших затрат. Целью настоящего проекта является поиск альтернативного способа и решений значительно менее затратной модернизации этих ТЭЦ с сохранением основной части их оборудования и инфраструктуры, кардинальным улучшением экономических и экологических показателей и прекращением потребления природного газа, создающем выгоду для страны в связи со стратегическим значением экспорта этого продукта.

Основные планируемые результаты проекта:
Разработка эффективной модернизации устаревших угольных ТЭЦ производилась в направлении преобразования их оборудования в парогазовые установки с газификацией угля, обладающие благодаря термодинамически выгодному комбинированному циклу и особенностям реализации процесса под давлением высокими экономическими и экологическими показателями. На основании предварительной аналитической и расчетной проработки темы и накопленному авторами сопричастному ей материалу научно-исследовательских работ заявлены следующие планируемые результаты проекта:
- КПД модернизированных ТЭЦ в конденсационном режиме должен быть не ниже 41%.
- Экологические показатели модернизированных ТЭЦ при использовании энергетических углей должны составить на единицу тепловой энергии:выбросы пыли не более 10 мг/МДж; NOx 50-100 мг/МДж;S02 - 20-60 мг/МДж.
-Основная часть оборудования, здания и инфраструктура ТЭЦ сохраняются, при этом радикально сокращаются затраты на проведение модернизации по сравнению с обычной сменой устаревшего поросилового оборудования на современное.
Данные показатели кардинально превосходят существующие на действующем оборудовании, и все они выдержаны в выполнененном проекте.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В обширном анализе состояния устаревших угольных ТЭЦ выявлено, что паровые турбины на большинстве ТЭЦ сохранили надежность и эксплуатационную пригодность, котельное же оборудование изношено в гораздо большей степени. Данное обстоятельство обосновало разработку в проекте для этих ТЭЦ базового варианта модернизации, предусматривающего взамен или в параллель существующему котлу установку системы газификации угля и газоочистки, газовой турбины и котла -утилизатора, пар из которого подается в главный паропровод и работает далее в сохраненной паровой турбине. При этом реализуется наиболее экономичный бинарный цикл вновь созданной комбинированной установки. Другим базовым решением проекта является применение технологии газификации ВТИ с горновым газогенератором, воздушным (паровоздушным) дутьем и высокотемпературной газоочисткой, при которой физическое тепло генераторного газа термодинамически выгодно используется в газовой турбине и отсутствуют загрязненные водные стоки. Газогенератор данного типа можно использовать для широкой группы углей независимо от степени их метаморфизма.
Основным элементом новизны проекта является применение новой отечественной технологии газификации угля, очистки и сжигании ее продуктов. Данная технология базируется на 7 патентах, 1 заявка на изобретение подана при выполнении настоящего проекта. Обращение предложенного способа модернизации к устаревшим запущенным ТЭЦ также осуществляется впервые.
За рубежом и в отечественной практике имеются положительные примеры реконструкции паросилового энергетического оборудования с превращением его в парогазовые установки, но они применены на газовых электростанциях. Правда, в литературе нашелся случай применения в аналогичной разработке газификации угля (ТЭС Wabash River, США), но в связи с кислородной газификацией и наличием воздухоразделительной установки созданная установка значительно уступает настоящему проекту по экономичности: КПД - 39,7%.
Очевидным путем широкого внедрения рассматриваемого проекта является сооружение и освоение рассмотренного в нем пилотного объекта с последующим распространением соответственно результатам первичного внедрения на другие устаревшие ТЭЦ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Проект направлен на эффективное обновление наиболее отсталого в техническом отношении и изношенного, но крупного сектора российской энергетики - устаревших угольных ТЭЦ.
Весьма важной частью проекта, предназначенной для его первичного внедрения, являются технические предложения на реализацию пилотной модернизации одной из устаревших угольных ТЭЦ, а также техническое задание на ее опытно-конструкторскую разработку. Расчетный КПД этой ТЭЦ в конденсационном режиме в результате модернизации на 5% превысит существующий уровень, выбросы вредных веществ будут значительно или на порядок ниже существующих норм. Исключается применение природного газа. Простой срок окупаемости для пилотного объекта, составит 5,4 года, но дальнейшее освоение разработки приведет к снижению этого показателя.
Освоение пилотного объекта даст основу для уверенного распространения разработки на весь указанный сектор устаревших угольных ТЭЦ с аналогичными результатами. Помимо крупного экономического и экологического выигрыша преимущество рассматриваемого направления модернизации устаревших угольных ТЭЦ над обычной заменой оборудования заключается в сокращении в 2-3 раза затрат на реализацию, так как в рассматриваемом проекте основная часть оборудования, здания и инфраструктура сохраняются.
Промышленная реализация проекта безусловно даст импульс к международному сотрудничеству, особенно в части технологии газификации, ввиду использования совершенно новых решений по высокотемпературной газоочистке, применению железомарганцевых сорбентов, новых методов подавления NOх , решений по обеспечению надежного истечения жидкого шлака и т.п.

Текущие результаты проекта:
В текущем году проект завершается, его основные итоги заключаются в следующем:
1. На основании анализа состояния 72 устаревших угольных ТЭЦ с суммарной мощностью 14,3 ГВт и других обзорных материалов обоснован эффективный метод их модернизации с сохранением основной части оборудования и инфраструктуры и кардинальным повышением экологических и экономических показателей путем преобразования в парогазовые установки с бинарным циклом и газификацией угля. Обосновано применение для модернизации горновой газификации угля с высокотемпературной газоочисткой
2. Впервые в мировой практике создан и испытан экспериментальный образец адсорбера высокотемпературной сероочистки генераторного газа на природных железомарганцевых сорбентах, которые могут обеспечить снижение выбросов SO2 в продуктах сжигания на два порядка ниже существующих норм: в исследовательских испытаниях с температурой генераторного газа 500 С , давлением 0.5 МПа и концентрацией H2S в нем 1539 мг/м3 максимальная проскоковая концентрация H2S была выдержана 20 мг/м3, что соответствует выбросу SО2 с продуктами сжигания генераторного газа 4,5 мг/МДж против нормативной величины при использовании угля 300 мг/МДж. Сероёмкость поглотителя при достижении указанной предельной концентрации H2S в очищенном газе составила 197,6 мг/г, время работы поглотителя до достижения предельной концентрации H2S в очищенном газе - 17 часов.
3. Проведены комплексные исследовательские испытания предложенной технологии газификации углей, очистки и сжигания генераторного газа, которые подтвердили все заложенные в проекте показатели этой технологии.
4.Разработаны технические предложения по созданию пилотного проекта модернизации устаревшей ТЭЦ и проект ТЗ на его реализацию. Электрический КПД в конденсационном режиме модернизированной установки составил 42 % (против 37 % для существующего оборудования). Выбросы пыли сократились до 10 мг/МДж, NOx – 90 мг/МДж, SO2 –20 мг/МДж.
5.Уровень и достигнутые результаты проведенных ПНИЭР обеспечивают готовность реализованного научно-исследовательского проекта к его пилотной промышленной разработке и внедрению.