Реанимация угольной энергетики

Совсем недавно тепловая энергетика, использующая в качестве топлива уголь, причислялась к списку технологий, которые будут забыты в ближайшем будущем. Полагать так было от чего. Сжигание угля всегда было связано с выбросами дыма, отвалами золы, загрязнением воздуха и земли. От угла старались отказываться, переходя на сжигание газа. Но теперь, перед угольной энергетикой открылись новые перспективы.

В процессе модернизации технологии сжигания угля, ученые пошли по пути сжигания пылеугольного потока. Для его получения уголь перемалывался в тонкую пыль, подавался в воздушном потоке в топку и поджигался с помощью горящей струи газа или мазута. Эта технология была разработана еще в конце 60-х годов и в развитых странах, в том числе и в СССР, получила широкое применение.

Однако, как показала практика, для розжига пылеугольного потока требуется много нефтепродуктов. Для этих целей в мире на всех станциях такого типа используется около 50 млн. тонн мазута. С этим недостатком мирились, пока не произошел скачок цен на нефть, поставивший такие станции на грань рентабельности. В 1979 году в США, на ТЭС «Мариетт» была испытана новая система розжига пылеугольного потока с использованием плазмотронов и нагрева частиц угля в потоке плазмы. Технология была испытана, однако, после снижения цен на нефть разработки были свернуты и велись на уровне лабораторных исследований.

В СССР интерес к такого рода разработкам начался в начале 80-х годов, в связи с модернизацией тепловых станций и резким сокращением производства мазута. В 1983 году была создана группа ученых, перед которой была поставлена задача перевода систем розжига котлов ГРЭС на использование энергии плазмотрона. Исследования велись на базе Института теоретической и прикладной механики СО РАН в Новосибирске, а эксперименты проводились на Новосибирской ТЭЦ-2, на которой плазмотрон был испытан в 1987 году.

У новой технологии был ряд проблем, из-за которых внедрение ее сильно затягивалось. Во-первых, был мал ресурс плазмотрона. Во-вторых, оборудование было громоздким, энергоемким и не обеспечивало достаточной надежности в работе, стабильности поддержания горения и полного сжигания угля. Сибирские ученые доводили технологию до нужного совершенства в конце 80-х и начале 90-х годов, и в 1996 году при ОАО «Гусиноозерская ГРЭС» был создан Отраслевой центр плазменно-энергетических технологий РАО «ЕЭС России». С его помощью опытные установки плазменного розжига были установлены на 20 котлах 11 электростанций в России, Украины, Монголии, Китая и КНДР. Несмотря на недостатки конструкции, только Гусиноозерская ГРЭС сэкономила за три года 100 тысяч тонн мазута.

Новосибирский институт катализа СО РАН, обобщив данные эксплуатации плазмотронов, доработал их до состояния, пригодного для широкого применения. Была применена принципиально новая система двухступенчатого воспламенения пылеугольной смеси и более совершенный плазмотрон, которые позволили резко сократить габариты установки, затраты энергии, установить автоматические системы контроля за концентрацией угольной пыли и состоянием горения. На изобретения получено три патента.

Особенно хорошие результаты удалось получить при работе в зимних условиях и при розжиге котлов после длительного простоя.

Для российской энергетики это очень важное изобретение в двух аспектах. Во-первых, большую часть энергоресурсов страны составляет уголь. Общие запасы каменного угля составляют колоссальную величину – 4,7 трлн. тонн. Этот вид энергоресурсов позволяет удовлетворить потребности в топливе, энергии и химическом сырье на тысячи лет вперед даже при резком росте добычи. Доля тепловой энергетики в выработке электроэнергии составляет 70%, и значительная часть ее использует уголь в качестве топлива.

При таком уровне использования угля задача повышения эффективности энергетики, предусмотренная «Энергетической стратегией России до 2020 года», ложится на тепловые электростанции. Именно за счет повышения эффективности угольных топок, снижения потребления угля и произойдет рост экономии топлива. Испытание технологии на Партизанской ГРЭС в Приморье показало, что новая система розжига экономит в год 2,5 млн. рублей и 1800 тонн мазута.

Во-вторых, в России есть регионы, где нефть и газ практически не добываются, и для использования мазута в розжиге котлов, его приходится туда завозить. В этом заключается корень энергетических проблем Дальнего Востока. На дальневосточных ГРЭС был уголь, но не было мазута для розжига котлов, которого требуется по норме 12 тонн на один котел. Плазмотрон исключил мазут, и исключил также необходимость его завоза.

По большому счету, широкое введение плазмотронов – это реанимация сразу дух отраслей: тепловой энергетики на угле и угольной промышленности. Это повлечет за собой возрождение целых регионов, которые раньше жили за счет добычи угля, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке.