О проекте рассказывает и. о. начальника управления организации инвестиционной деятельности и капитального строительства ОАО «ОГК-6» Дмитрий МАТЮШКИН
О проекте рассказывает и. о. начальника управления организации инвестиционной деятельности и капитального строительства ОАО «ОГК-6» Дмитрий МАТЮШКИН.
На Новочеркасской ГРЭС в рамках реализации инвестиционной программы по вводу новых мощностей ОАО «ОГК-6» идет строительство первого в России энергоблока с котельной установкой, работающей по технологии циркулирующего кипящего слоя (ЦКС). В качестве основного топлива на энергоблоке будет использоваться уголь – антрацитовый штыб (АШ), установленная мощность блока 330 МВт.
Как все начиналось
Почему выбор пал на Новочеркасскую ГРЭС?
История электростанции берет свое начало в 1952 году, когда Совет министров СССР вынес постановление о строительстве. Изначально предусматривалась установка трех энергоблоков по 100 МВт. Но генеральный проектировщик – Ростовское отделение института «Теплоэлектропроект» – не успевал за техническим прогрессом в энергетике. Пришлось трижды переделывать проектное задание: на 4 энергоблока по 150 МВт, 3 энергоблока по 200 МВт и, наконец, на 8 блоков по 300 МВт.
Выбор для Новочеркасской ГРЭС только что созданного энергетического оборудования мощностью 300 МВт на сверхкритические параметры пара предопределил роль и судьбу станции. С одной стороны, Ростовская область за сравнительно короткий срок получила 2 400 МВт электрической мощности, с другой стороны, неизвестное и неотработанное новое оборудование потребовало приложить громадные усилия по его освоению. Являясь одной из первых в своем классе, Новочеркасская ГРЭС передавала свой эксплуатационный опыт проб и ошибок другим электростанциям Советского Союза. На сегодняшний день энергоблоки мощностью 300 МВт в количестве 78 штук составляют базовую часть тепловых мощностей единой энергетической системы России, причем 26 из них смонтировано по прототипу Новочеркасской ГРЭС.
Несмотря на значительные успехи в освоении энергоблоков на сверхкритических параметрах, до сих пор применение угля марки АШ для факельного сжигания в прямоточных котлах вызывает споры и сомнения. Уголь имеет различные характеристики, основные из них – калорийность и выход летучих веществ. Можно сказать, что они имеют обратную зависимость. Угли с высокой калорийностью, как правило, имеют низкий выход летучих веществ и, как следствие, тяжелые начальные условия для воспламенения. Для сжигания этих углей необходимо использование так называемой «подсветки» – инициации процесса горения легко воспламеняющимся газом или мазутом. За счет этого температура в ядре факела внутри топки достигает 1 600 ˚С. Это обстоятельство, а также максимальная для углей АШ абразивность предопределили затратную работу по ежегодной замене сотен тонн «сгоревших» в котлах поверхностей нагрева, газоходов, механизмов подготовки топлива.
Эффективная технология
Вопрос эффективного сжигания твердого топлива актуален на протяжении всего этапа развития энергетики. Практически на каждой угольной электростанции России ведется поиск различных вариантов решения этой непростой задачи. Разработки не остались незамеченными. Сегодня ОГК-6 стоит на пороге реализации новейшей технологии сжигания углей в котлах с циркулирующим кипящим слоем.
Технология кипящего слоя первоначально и в течение долгого времени использовалась в химической промышленности, а последнее время шаг за шагом она стала ведущей в получении пара из твердого топлива. Возможность использования кипящего слоя при сжигании угля была открыта в 60-е годы прошлого столетия. При этом выяснилось, что низкокалорийные высокозольные угли сжигаются в циркулирующем слое более экономично, чем при использовании традиционных технологий. Кроме того, данная технология сжигания дает дополнительные возможности для снижения выбросов SO2 и NOx. Все это дало импульс для проведения дальнейших исследований и разработки технологии циркулирующего кипящего слоя. В 1968 году была построена первая пилотная установка котла с пузырьковым кипящим слоем.
Как показывает мировой опыт эксплуатации котлов с ЦКС, на сегодняшний день в эксплуатации находится более 400 агрегатов различной паропроизводительности. Наиболее широкое распространение энергоблоки с котлами ЦКС получили в угледобывающих районах Европы (Германия, Польша) и Азии (Китай, Вьетнам). Распространению технологии способствует практическая возможность сжигания в данных котлах, помимо углей, широкой гаммы биомассы (используются отходы сельского хозяйства, деревообрабатывающей и пищевой промышленности).
Принцип действия
Технология предполагает сжигание твердых частиц топлива в кипящем слое. Кипящий слой образуется в топке за счет подового вдувания горячего воздуха через материал слоя, лежащий на решетке (распределителе воздуха) со скоростью, достаточной для образования псевдоожиженного слоя. При сжигании низкозольного топлива в качестве материала слоя используется песок. Если топливо содержит серу, то для ее связывания в топку добавляется известняк, и в этом случае материал слоя состоит из смеси топливной золы и известняка. Кипящий слой можно условно разделить на три категории в зависимости от скорости вдуваемого воздуха. По мере увеличения скорости продуваемого воздуха слой изменяется от фиксированного, через пузырьковый, до циркулирующего кипящего слоя.
Пузырьковый слой наблюдается при скоростях воздуха менее 2-3 м/с, в этом случае граница слоя четко видна. При более высоких скоростях воздуха слой расширяется, и некоторые частицы уносятся из слоя вместе с газом. Самые крупные из уносимых частиц отделяются циклоном и возвращаются обратно в кипящий слой. Скорость воздуха рассчитывается в зависимости от размера частиц топлива. Выносимый из топки поток направляется в циклоны, в которых отделяются несгоревшие (тяжелые) частицы. Твердые частицы после циклона собираются в пароперегревателе и испарителе, откуда возвращаются в топку. Из нижней части пароперегревателя, испарителя и топки выполнен отбор донной золы. Зола удаляется водоохлаждаемыми шнеками и пневматической системой сухого золоудаления. Стенки топки, циклонов, пароперегревателя, испарителя экранированы поверхностями нагрева.
Обеспыленные дымовые газы после циклонов направляются в конвективную шахту, в которой расположены конвективные поверхности нагрева.
В котел подается смесь угля и извести в пропорции 10/1, максимальный размер частиц 15 мм, таким образом использование мельниц для размола угля не предполагается.
Благодаря циркуляционному циклу горения котел с ЦКС позволяет максимально расширить диапазон качественных характеристик используемых углей. К примеру, в существующих котлах сжигается уголь с калорийностью 5400–4900 ккал/кг, в котле с ЦКС диапазон калорийности расширен до 6500–3200 ккал/кг. Данная возможность существенно увеличит список поставщиков углей.
На защите экологии
Котлоагрегат с ЦКС является оптимальным решением с точки зрения существующих норм по выбросам вредных веществ в атмосферу.
При добавлении в топку котла известняка обеспечивается эффективный захват серы. Связывание серы наиболее эффективно при температуре 850 °С. При таком способе достигнуты значения связывания серы до 95%. Уровень выбросов оксида серы SО2 в постоянном режиме эксплуатации нового энергоблока Новочеркасской ГРЭС составит не более 400 мг/нм3 (при нормативе в РФ – 700мг/нм3).
Благодаря относительно низкой температуре сжигания количество «термического» оксида азота NОx, образующегося вследствие окисления молекулярного азота в воздухе, незначительно. Образование NОx из-за наличия азота в топливе значительно уменьшено благодаря «постадийному» сгоранию. Так, в нижней части слоя горение является восстановительной реакцией, что приводит к образованию молекулярного азота N2 вместо NО, как в случае окислительной реакции горения. Вторичный воздух, необходимый для полного сгорания, подается на некоторой высоте от решетки.
Удельные значения выбросов NОx при сжигании угля в новом котле составят 300 мг/нм3 (при нормативе в РФ – 570мг/нм3). Благодаря турбулентному смешиванию топлива в слое и перемешиванию в циклоне, котел с ЦКС имеет относительно низкие выбросы углекислого газа СО. Уровень его выбросов в постоянном режиме эксплуатации ниже 300 мг/нм3.
Для повышения экологической эффективности энергоблока котел оснащается высокоэффективными многополярными электрофильтрами с КПД очистки дымовых газов от твердых частиц 99,99%. Таким образом, удельные выбросы твердых частиц не превысят 50 мг/нм3 (при нормативе в РФ – 150 мг/нм3). Отметим, что перечисленные характеристики энергоблока по выбросам вредных веществ соответствуют требованиям действующих европейских стандартов в области котлостроения.
Думать о будущем
Реализации проекта строительства угольного энергоблока с котлом работающим по новой технологии циркулирующего кипящего слоя – крайне важная задача как для ОГК-6, так и для ее главного акционера – «Газпрома». Несмотря на повышенные издержки, связанные с освоением головного агрегата, ОАО «Газпром» продолжает вкладывать инвестиции в данный проект, так как видит стратегические цели в его реализации. В стране с огромными запасами твердого топлива технология сжигания углей находится на уровне 60-х годов прошлого столетия. Ввод в эксплуатацию первого в России угольного энергоблока, отвечающего всем современным требованиям экономичности, безопасности и чистоты окружающей среды, послужит мощным импульсом в возрождении угольной энергетики России.
