Использование водоугольного топлива в энергетике

Учитывая необходимость увеличения доли угля в топливно-энергетическом балансе России и экологические проблемы, возникающие при его использовании, создание технологий переработки и использования угля, которые позволят максимально использовать его преимущества, а также минимизировать сложность его применения, является перспективным направлением развития энергетики.

Одним из направлений для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление из углей различных марок, в том числе и из отходов углеобогащения, водоугольного топлива. Водоугольное топливо имеет свойства, позволяющие заменить им твердое, жидкое или газообразное топлива в различных топливопотре- бляющих агрегатах без существенной их реконструкции, а при необходимости возможно совместное использование водоугольного топлива и других видов топлива — мазута, угля, газа.

Технологические свойства топливных водных угольных суспензий определяется следующими параметрами:

• содержанием твердой фазы (угля);
• дисперсностью твердой фазы (гранулометрический состав и удельная
• поверхность угля с минеральными примесями);
• вязкостью и ее зависимостью от скорости и температуры транспортирования;
• стабильностью — динамической (при транспортировании по трубам и в танкерах) и статической (в резервуарах);
• составом, свойствами и необходимым содержанием химических добавок — ПАВ
• содержанием и составом минеральных примесей, включая такие экологически вредные, как соединения серы и другие токсичные вещества.

Для получения водоугольного топлива можно использовать уголь с очень низкой калорийностью и высокой зольностью (> 50 %). В процессе производства водоугольного топлива его органическая масса при необходимости может быть существенно модифицирована в направлении повышения теплоты сгорания угольного вещества путем удаления из него кислородсодержащих соединений, существенного снижения зольности. Теплота сгорания водоугольного топлива из бурых углей составляет 16 МДж/кг при содержании твердой фазы 30-50 %. Важно, что технология производства водоугольного топлива любого заданного состава и свойств не предполагает применения химических и термических методов обработки угля и воды, что предопределяет относительно невысокую стоимость конечного продукта, делающего его конкурентоспособным не только по сравнению с жидким и газообразным топливами, но и с углем, сжигаемым традиционным способом. При непосредственном использовании водоугольного топлива в котлах и печах не требуется его специальная подготовка перед сжиганием; происходит снижение потерь теплоты с уходящими газами за счет более низких температур газов в топке и меньшего избытка подавае­мого воздуха, а также почти полное исключение потерь теплоты от химической неполноты сгорания; наблюдается повышение устойчивости и стабильности горения топлива в энергоустановках различного типа (камерные топки, топки с кипящим слоем и др.). Несомненными преимуществами водоугольного топлива являются как сравнительно низкая цена. По себестоимости на 30-50 % дешевле мазута и на 20-40 % — природного газа. Так же по физико-механическим свойствам ВУТ не отличается от традиционного жидкого топлива — может транспортироваться по трубопроводам и использоваться взамен твердого, жидкого и газообразного топлива на электростанциях, в паровых и водогрейных котлах. Концентрация твердой фазы в суспензии может составлять от 30 до 50 % и ее качество не зависит от качества воды.

Использование водоугольного топлива предпочтительней и с экологической точки зрения. Одним из возможных направлений использования водоугольного топлива является газификация. К преимуществам применения водоугольного топлива для газификации относится следующее: возможность использования низкосортных углей и углеотходов при изго­товлении водоугольного топлива и повышения энергетического потенциала угля; взрыво- и пожаробезопасность на всех технологических стадиях приготовления и транспортировки; снижение вредных выбросов и запыленности атмосферы при использовании; простота подачи водоугольного топлива насосами высокого давления; снижение потребности кислорода в процессе газификации.

С целью определения основных параметров процесса газификации были проведены исследования газификации водоугольного топлива (уголь 70 %, вода 29 %, реагент-пластификатор 1 %) при различных видах окислителя.

Для исследования режимов газификации водоугольного топлива предлагается технологическая схема установки для термической переработки топлива.

Основные показатели процесса газификации водоугольного топлива. Водоугольное топливо, находящееся в баке, насосом высокого давления подается в теплообменник, где за счет теплоты продуктов сгорания нагревается до 150-200 оС и поступает в циклонный газификатор. Туда же поступает воздух после регенератора с температурой 400-1000 оС. В газификаторе осуществляется циклонный процесс термической обработки водоугольного топлива в закрученном потоке окислителя. Полученный в результате генераторный газ поступает в камеру сгорания. Часть продуктов сгорания генераторного газа поступает в энерготехнологический агрегат (котел, газовая турбина или др.), другая часть отдает свое физическое тепло последовательно в регенераторе для нагрева воздуха, а затем в те­плообменнике — для подогрева водоугольного топлива. Затем продукты сгорания поступают в систему газоочистки, после которой направляются к дымососу, а после — в дымовую трубу. В схеме возможно использование воздуха, обогащенного кислородом.

Предложенная схема позволяет проводить исследования в достаточно широком диапазоне изменения любых параметров. Как показали исследования, КПД предложенной технологической схемы по переработке водоугольного топлива составляет 68-70 %.

Основным элементом предложенной схемы является циклонный газификатор, в котором происходит поточная автотермическая газификация. Циклонный газификатор состоит из форкамеры, в которой происходит выход и горение летучих водоугольного топлива, и непосредственно камеры газификации. Ввод водоугольного топлива осуществлялся через ротационную форсунку, которая обеспечивает достаточно высокую степень распыливания топлива при относительно небольшом давлении, а окислитель, в количестве, необходимом для выхода и горения летучих топлива, вводится тангенциально. Тангенциальный подвод энергоносителей обеспечивает интенсивную крутку потока в рабочем объеме. В форкамере водоугольный поток встречается с потоком окислителя и происходит выход и горение летучих топлива. Продукты сгорания летучих и коксовый остаток через пережим поступают в камеру газификации. Вторичный воздух для газификации подается тангенциально по ходу движения потока продуктов предварительной переработки топлива из форкамеры. В результате термохимических процессов в объеме камеры происходит газификация топлива. Циклонный газификатор не привязан к конкретному виду водоугольного топлива, что позволяет менять режимы его работы, исследовать термическую переработку топлива с разным составом и температурой при разном виде окислителя.

Требования комплексной переработки являются важным компонентом эффективности технологии производства и использования водоугольного топлива. При термической переработке водоугольного топлива необходимо рациональное использование его минеральной части путем выделения редких элементов и для производства дорожностроительных материалов.

Конечная структура технологической схемы комплексной переработки водоугольного топлива зависит от дальнейшего применения генераторного газа. Кроме того, технология должна обеспечить полноту использования побочных продуктов и предотвращать загрязнение окружающей среды; должна быть максимально замкнутой и простой, иметь минимальные капитальные и текущие затраты и высокую надежность. Одной из перспективных технологий, которая отвечает приведенным требованиям, является организация парогазовых циклов с внутрицикловой газификацией водоугольного топлива и утилизацией побочных и вторичных энергетических ресурсов.

Выводы:

1. Анализ свойств и характеристик водоугольного топлива и продуктов его переработки показал перспективность его использования в энергетике. Использование угля в виде водоугольного топлива для технологических и энергетических целей позволяет существенным образом улучшить теплотехнические и экологические показатели процесса термической переработки.
2. Водоугольное топливо наиболее эффективно для газификации, поскольку пропорции угля и воды в составе топлива создают оптимальные условия для получения генераторного газа. Как показали исследования, при воздушной газификации водоугольного топлива получается газ с содержанием 32-42 % СО + Н2, в зависимостиот параметров окислителя и теплотой сгорания 4-5 Дж/м3, а при кислородной газификации содержание СО + Н2 достигает 75-85 %, а теплота сгорания — 9-10 МДж/м3.
3. Реализацию процесса газификации водоугольного топлива предлагается осуществлять в циклонном газификаторе, в котором происходит поточная автотермическая газификация. Циклонный газификатор состоит из форкамеры, в которой происходит выход и горение летучих во- доугольного топлива, и непосредственно камеры газификации.
4. Для исследования режимов газификации водоугольного топлива предлагается технологическая схема установки для термической переработки топлива. КПД предложенной технологической схемы по переработке водоугольного топлива составляет 68-70 %. Основным элементом является циклонный газификатор, конструкция которого позволяет изменять некоторые геометрические размеры, а также регулировать количество подаваемого воздуха. Предложенная схема позволяет проводить исследования в достаточно широком диапазоне изменения любых параметров.

Таким образом, в ближайшей перспективе прогнозируется повышение роли угля в топливно- энергетическом балансе страны, что обусловлено его крупными запасами. Однако экологические ограничения (особенно после ратификации Киотского протокола) требуют разработки и внедрения новых экологически чистых угольных технологий и правильное направление его использования.

Дата публикации: 30.12.2011

Похожие записи:

• Перспективные направления развития энергетики в туве
• Выработка тепловой энергии при сжигании биотоплива и торфа
• Получение экологически чистого топлива из продуктов углепереработки
• Как купить дизельное топливо оптом для предприятия
• Где купить хорошее дизельное топливо?
• Заказывайте строительство тепловых электростанций и других энергетических объектов в компании «Новая Генерация»