CC BY
44
УДК 621.311.22:662.7
НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В КОНЦЕПЦИИ МУЛЬТИКОМПЛЕКСА С ПРАКТИЧЕСКИ ПОЛНОЙ УТИЛИЗАЦИЕЙ ОТХОДОВ
Х. Энхжаргал1, С. Батмунх2, В.В. Саломатов3, В.А. Стенников4
1,2Монгольский государственный университет науки и технологии, 210646, Монголия, Р.О.В. 1036, Улан-Батор, 46. 3Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 630090, г. Новосибирск, проспект Лаврентьева, 1. 4Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Рассмотрены научные, методические и технологические вопросы создания экологически чистой тепловой электростанции (ТЭС) на буром угле с комплексной утилизацией продуктов сгорания. Сооружение такого комплекса предложено осуществить на новом Шивэ-Овооском буро-угольном месторождении в Монголии. Приведены результаты исследования шивэ-овооского угля и его минеральной части. Предложено применение вихревой технологии сжигания угля в топке парогенератора блока 800 МВт, позволяющей снизить выходы оксидов серы и азота с дальнейшей электронно-лучевой обработкой продуктов сгорания, обеспечивающей значительное снижение экологической нагрузки на окружающую среду. На базе технологии ТЭС муль-тикомплекса наряду с выработкой электрической и тепловой энергии предложено производить широкую гамму продукции для промышленности, строительного комплекса и сельского хозяйства с востребованными потребительскими свойствами и возможностью максимальной утилизации отходов сжигания угля. Ил. 3. Табл. 4. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: вихревая технология; свойство угля и минеральной части; электронно-лучевая обработка; тепловая электростанция; мультикомплекс; электрическая энергия; экология; утилизация отходов ТЭС.
SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL FOUNDATIONS FOR THE HEAT POWER PLANT CREATION IN THE CONCEPT OF MULTICOMPLEX WITH ALMOST COMPLETE WASTE DISPOSAL Kh. Enhzhargal, S. Batmunkh, V.V. Salomatov, V.A. Stennikov
Mongolian State University of Science and Technology,
46 Ulan Bator, R.O.V. 1036, Mongolia, 210646.
Institute of Thermophysics named after S.S. Kutateladze SB RAS,
1 Lavrentyev Av., Novosibirsk, 630090.
Institute of Energy Systems named after L.A. Melentyev SB RAS,
130 Lermontov St., Irkutsk, 664033.
The article deals with scientific, methodological and technological issues to create an environmentally friendly thermal power plant (TPP) on brown coal with an integrated recycling of combustion products. This complex is proposed to construct on a new Shive Ovoo brown coal deposit in Mongolia. The study results of the Shive Ovoo coal and its mineral components are presented. The authors propose to use a vortex technology of coal combustion in the furnace of the steam generator unit of 800 MW, which allows to reduce the output of sulfur oxides and nitrogen, with the following electron beam processing of combustion products, providing a significant reduction in environmental load. Based on TPP multicomplex technology it is offered to produce a wide range of production for industry, construction sector and agriculture with required consumer features and the possibility of maximum recycling of coal combustion waste along with the generation of electrical and heat energy. 3 figures. 4 tables. 6 sources.
1Халтарын Энхжаргал, доктор наук, профессор, директор Института энергетики, тел. (976) 11323579, e-mail: enkhjar-gal@must.edu.mn
Khaltaryn Enhzhargal, Doctor, Professor, Director of the Institute of Power Engineering, tel.: (976) 11323579, e-mail: enkhjar-gal@must.edu.mn
Батмунх Сэрээтэрийн, академик, директор Института теплотехники и промышленной экологии, тел. (976)11315649, e-mail: batmunkh_acad@yahoo.com
Batmunkh Sereeteriyn, Academician, Director of the Institute of Heat Engineering and Industrial Ecology, tel.: (976) 11315649, e-mail: batmunkh_acad@yahoo.com
3Саломатов Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, тел. (383) 3165544, email: vvs@itp.nsc.ru
Salomatov Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor, Chief Researcher, tel.: (383) 3165544, e-mail: vvs@itp.nsc.ru
4Стенников Валерий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по науке, тел. 79148952306, e-mail: SVA@isem.sei.irk.ru
Stennikov Valery, Doctor of technical sciences, Professor, Deputy Director of the Institute for Science, tel.: 79148952306, e-mail: SVA@isem.sei.irk.ru
Key words: vortex technology; property of coal and its mineral components; electron beam processing; thermal power plant (TPP); multicomplex; electrical energy; ecology; TPP waste disposal.
Развитие мировой цивилизации неразрывно связано с ростом техногенного воздействия на окружающую среду. Поэтому технический прогресс может и должен развиваться только в направлении обеспечения экологической безопасности среды обитания. Для такой базовой отрасли промышленности, как энергетика, являющейся «жизнеобеспечивающей» и «локомотивной» для всей экономики, необходимо применять новые технологии, высокоэффективное оборудование, гибкие автоматизированные компьютерные системы управления, средства измерения и контроля, а также современные системы утилизации отходов, с использованием которых достигается минимальное вредное воздействие на природу и население. Подобный подход должен реализовываться, прежде всего, при сооружении экологически чистых тепловых электро-станций (ЭЧТЭС) на органическом топливе. Создание и строительство таких ТЭС должно быть магистраль-ным направлением энергетики XXI века. Сооружение ЭЧТЭС, удовлетворяющих всему комплексу технических, эксплуатационных и экологических требований, позволит решить вопрос крупномасштабного вовлечения самых низкокачественных углей в топливный баланс. При этом, как показывают расчётные оценки, можно существенно снизить вредные выбросы золы (в 4-5 раз), оксидов серы и азота (в 3-4 раза) при соответствующем повышении эффективности энергетического оборудования на 5-8%, уменьшении его металлоёмкости на 20-30% и др. Наряду с этим появляется возможность широкого использования в народном хозяйстве отходов ТЭС: золы - для производства строительных материалов; оксидов серы и азота - для производства удобрений и химического сырья и т.д. Удорожание электростанций за счёт создания природоохранных систем и дополнительных затрат энергии в значительной мере должно компенсироваться повышением экономичности, снижением металлоёмкости основного энергетического оборудования и освобождением от экологических налогов, а также использованием отходов с потребительскими свойствами.
В ЭЧТЭС предполагается практическая реализация принципа комплексного использования большинства отходов ТЭС, который ориентирован на создание мультикомплекса в виде многоотраслевого энерго-промагрокомплекса (ЭПАК). ЭПАК представляет объединение сопряжённых с теплоэлектростанцией комбинатов и предприятий, эффективно использующих все основные отходы и производящих не только электроэнергию и теплоту, но и продукцию для стройинду-стрии, металлургии, химической промышленности, сельского хозяйства и др. Предложенные в комплексе ЭПАК технические решения и технологии утилизации отходов с получением различных видов продукции обеспечивают наибольшие экологические и экономические преимущества.
Широкое распространение бурых углей на территории Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР) обеспе-
чивает актуальность вопросов повышения эффективности технологий по его использованию. Эта проблема рассматривается для условий Монголии, хотя имеет более широкое применение в АТР, в том числе и в России. В Монголии имеется крупное буроугольное Шивэ-Овооское месторождение (ШОМ) в Центральной экономической зоне. Разведанные запасы составляют 2700 млн т, из них промышленные - 564,1 млн т. Его разработка началась с 1990 года, до настоящего времени добыто 14,7 млн т угля. Достигнутый уровень ежегодной добычи топлива здесь составляет 1,2-1,47 млн т. В 2015 году этот показатель достигнет величины 2,0 млн т. Шивэ-овооский уголь имеет следующие характеристики: влажность рабочего топлива колеблется в пределах
Wr = 30,5-42,0% (среднее значение 32,1%), зольность составляет Ar = 8,3-11,5% (среднее значение 9,9%), а на горючую массу - Adaf = 12,116,6%, выход летучих Vdaf = 40,3-42,7% (среднее значение 41,5%) и теплота сгорания Ql = 14,56-15,95 МДж/кг (среднее значение 15,53 МДж/кг). По элементному составу: Cr = 39,8%; Hr = 2,4%; Nr = 0,2%; Sr = 0,2%; Or = 15,4%. Температурные характеристики золы: ta =1340°С, tB =1365°С, tc =1380°С [1].
Расширение сферы применения этого угля для энергетических и других целей требует применения инновационных технологий. Результаты проведённых лабораторных и промышленных исследований сжигания этого угля и математического моделирования топочного процесса показали, что экономически и экологически востребованной является технология его сжигания в парогенераторе с вихревой топкой.
Проведённые совместно с сотрудниками Томского политехнического университета лабораторные исследования включали: определение химического состава минеральной части исходных (цельных) проб угля и проб угля, разделённых на фракции. В табл. 1 показано среднее содержание угля в сухой массе химических компонентов минеральной части для исходных проб полного состава, а также воспроизведены те же данные на бессульфатную массу с целью сопоставления их с данными в справочной литературе.
В табл. 2 даны совокупные результаты анализа химического состава минеральной части, отнесённой к сухой массе проб угля, разделённых на фракции с диапазоном плотности менее 1400 и более 2800 кг/м3. Анализ и обобщение полученных результатов позволили определить диапазон содержания компонентов в различных фракциях всех исследованных проб.
Химический состав минеральной части исходных проб бурых углей ШОМ показывает, что большая доля её приходится на диоксид кремния (со средним содержанием на уровне 37%). Содержание SiO2 увеличивается с ростом зольности проб. Отмечается также
наличие зависимости концентраций Al2O3, CaO и SO3 Среднее содержание химических компонентов от зольности проб, вместе с тем существование чёткой зависимости содержания Fe2O3, MgO от зольности не установлено. При анализе химического состава золы проб угля после фракционного разделения были зафиксированы следующие результаты: соединения кремния концентрируются в двух наиболее тяжёлых фракциях с плотностью 2800 кг/м3 и более; наибольшее содержание соединений железа и серы - в самой тяжёлой фракции с плотностью >2800 кг/м3; Al2O3 и СаО дают самый большой выход во фракциях с плотностью 2800 кг/м3.
Таблица 1
Таблица 2
Химический состав минеральной части проб угля ШОМ, разделённых на фракции_
Плотность, кг/м3 Выход фракции, % Химический состав, %
SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO3
<1400 19,9-39,9 2,44-3,92 0,37-0,42 0,61-1,0 1,01-1,76 0,33-0,82 0,69-0,96
1400 3,62-19,0 0,36-2,15 0,03-0,34 0,33-1,8 0,21-1,59 0,11-0,53 0,1-0,93
1600 12,7-36,8 2,62-3,87 0,23-0,30 1,21-1,47 1,44-1,48 0,27-0,82 0,3-0,74
2280 13,7-36,8 3,13-5,15 0,33-0,42 1,34-1,39 1,55-1,95 0,46-0,68 0,55-1,01
2800 4,5-7,39 8,81-13,8 0,6-2,01 2,75-6,31 1,97-4,53 0,84-1,29 1,08-1,74
>2800 2,37-5,06 8,66-26,9 6,5-8,95 1,54-2,99 1,5-2,38 0,44-0,69 1,98-2,18
минеральной части угля ШОМ в сухой массе, %
Химический компонент, % Среднее значение
на полный состав на бессульфатную массу
SiO2 5,4 6,25
Fe2O3 1,23 1,44
Al2O3 2,37 2,75
CaO 2,21 2,59
MgO 0,56 0,65
SO3 1,91 -
Рис. 1. Диаграмма химического состава золы угля: I - зола каменных углей (Кузбасс, Донбасс, Экибастуз, Богословск, Азейск и др.); II - зола бурых углей Ирша-Бородинского месторождения КАБ; III - зола бурых углей Назаровского месторождения КАБ; IV - зола бурых углей Березовского месторождения КАБ; V - зола бурого угля ШОМ Монголии (выделенная площадь, на ней точками показаны результаты анализа проб)
Проведённые исследования химических свойств наиболее приемлимых способов утилизации отходов шивэ-овооского угля и его минеральной части были ТЭС с целью последующего получения по схеме ЭПАК направлены, главным образом, на определение товарной продукции, востребованной в народном
хозяйстве Монголии, и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду.
На диаграмме (рис. 1) приведена иерархическая структура областей различного химического состава золы каменных и бурых углей [2].
Как правило, зола угля на 98-99% состоит из Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O и К20. Диаграмма отражает данные по составу золы различных проб шивэ-овооского угля, при этом видно, что эти данные полностью совпадают с областью высокозольных бурых углей Канско-Ачинского бассейна (КАБ). Сравнивая полученные характеристики шивэ-овооского бурого угля со справочными данными известных буроугольных месторождений РФ, можно заключить, что при средней рабочей зольности проб 8,85% исследуемое топливо имеет признаки сопоставимости с бурыми углями Березовского, Назаровского и Абаканского месторождений КАБ.
Проведённое в течение длительного времени многократное опытное сжигание шивэ-овооского угля в парогенераторе БКЗ-420-140 на ТЭЦ-4 г. Улан-Батора показало склонность его к шлакованию, как и березовского угля КАБ. В связи с этим при выборе эффективной технологии сжигания шивэ-овооского угля можно ориентироваться на ранее проведённые исследования для углей вышеуказанных месторождений и при этом использовать аналогичные способы утилизации золо-шлаковых отходов.
Отличительной особенностью ЭЧТЭС, работающей на месте добычи угля, является применение новой технологии разработки разрезов с применением техники непрерывного действия и закрытое складирование угля с системой пылеподавления.
Выполненные в рамках настоящей работы исследования ориентированы на разработку научно-технологических основ создания ТЭС мощностью 4,8 ГВт (6x800 МВт) на шивэ-овооском угле [3]. Эта задача может быть реализована путём применения более совершенного, менее габаритного оборудования, упрощения технологических схем, усовершенствова-
ния компоновочных и конструктивных решений. Применение нового прогрессивного энергооборудования и более эффективных проектных предложений позволит существенно сократить трудозатраты, стоимость и сроки строительства, а также снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, улучшить условия эксплуатации и ремонта основного и вспомогательного оборудования теплоэлектрос-танции.
В качестве основного энергооборудования ТЭС был предложен парогенератор с вихревой топкой (ПВТ) и серийная турбогенераторная установка К-800-240-5. Профиль энергоблока с таким котлом и турбогенератором показан на рис. 2. При оснащении энергоблока 800 МВт котлом с традиционной камерной топкой высота котельного отделения достигает 120 м, что наряду с большими капитальными затратами делает такой котел трудно обслуживаемым. Применение парогенератора с вихревой топкой позволяет сократить высоту котельного отделения до 40 м.
Вновь разрабатываемый парогенератор с вихревой топкой (рис. 3,6) для энергоблока Шивэ-Овооской ЭЧТЭС качественно отличается от работающего в настоящее время на Березовской ГРЭС-! парогенератора П-67 с камерной топкой (рис. 3,а) следующими решениями:
- конструкцией топки, состоящей из футерованной камеры горения с высоким теплонапряжением и камеры охлаждения, насыщенной двухсветными экранами;
- жидким шлакоудалением;
- замкнутой системой пылеприготовления и подачи.
Парогенератор с вихревой топкой имеет самоопорную, секционированную с помощью горизонтальных цельносваренных панелей, с сомкнутыми газоходами и ширмоконвективными поверхностями нагрева исполнительную конструкцию. В табл. 3 приведено сравнение его основных показателей с характеристиками котлоагрегата типа П-67.
Рис. 2. Профиль энергоблока 800 МВт с ПВТ
Рис. 3. Габариты парогенераторов производительностью 2650 т/ч: а - котёл П-67 с камерной топкой подвесной конструкции; б - котёл с вихревой топкой самоопорной конструкции (КСВТ-2650)
Характеристики парогенераторов энергоблока 800 МВт
Таблица 3
Парогенератор
Показатель Единица измерения П-67 с вихревой топкой, самоопорный (предлагаемая конструкция)
Номинальная паропроизводительность: по первичному пару по вторичному пару т/ч т/ч 2650 2190 2650 2190
Параметры первичного пара ата, оС 255 545 255 545
КПД парогенератора % 91,89 93,02
Металлоёмкость парогенератора, т 19660 9800
в том числе металл под давлением т 9360 5280
Удельный объём котельного отделения (на один энергоблок) м3/кВт 0,612 0,205
Расход стали на котельное отделение тыс. т 76,2 18,4
(на один энергоблок)
Предложенная конструкция котлоагрегата (КСВТ-2650) имеет высоту топки 30,60 м и размеры в плане 24,6x64,0 м (ширина по фронту 64,0 м). Эти габариты позволяют размешать его в стандартной ячейке блока 800 МВт (см. рис. 2).
Для определения основных теплотехнических и энергетических показателей энергоблока 800 МВт ТЭС, работающего на шивэ-овооском угле, выполнены расчётные исследования с учётом характеристик угля и котлотурбинного оборудования. Проектные проработки показали бесспорное преимущество применения в пылеугольных энергоблоках 800 МВт парогенераторов с вихревой технологией сжигания. Экономическая эффективность принятых в проекте решений и рекомендуемого оборудования определена путём сравнения основных технико-экономических
показателей главных корпусов в вариантах Шивэ-Овооской КЭС и Березовской ГРЭС-1. Их сравнительная оценка приведена в табл. 4.
Результаты исследований показывают, что расход топлива на один энергоблок составит 269,6 тыс. т у.т. в час, а его годовое потребление - 1897,2 т у.т. в год (3579,6 тыс. т н. т./год). На ТЭС мощностью 4800 МВт (4 блока по 800 МВт) в год будет сжигаться 11,4 млн т у.т./год или 21,5 млн т н.т./год шивэ-овооского угля, при этом годовая выработка электроэнергии составит 33777,6 млн кВт-ч. Ежегодный выход золошлаковых остатков будет равным 2132,5 тыс. т/год, а валовые выходы продуктов сгорания на ТЭС при принятой технологии составят 118600 млн м3 в год с содержанием в них 18,3 тыс. т оксидов азота и 68,9 тыс. т диоксида серы.
Таблица 4
Основные технико-экономические проектные показатели для пылеугольной КЭС (6x800 МВт)
на шивэ-овооском угле
Показатель Единица измерения Березовская ГРЭС-1 Шивэ-Овооская КЭС с вихревым котлом
Среднегодовая нагрузка блока % 95,9 95,9
Число часов использования установленной мощности час 6800 7037
Расход электроэнергии на собственные нужды % 3,38 4,05
Удельный расход условного топлива г/кВт-ч 329 327
Удельные капитальные вложения на установленный кВт иБО/кВт руб/ кВт-ч 1800 54000 1550 46500
Себестоимость отпущенной электроэнергии ц/кВт-ч коп/ кВт-ч 1,48 44,5 1,37 41,0
Эффективность полной утилизации золошлаковых отходов ТЭС обеспечивается организацией безотходного производства, ориентированного на расширение номенклатуры отпускаемой продукции и сохранение качества окружающей среды, и включает следующие направления:
• получение нового зольного вяжущего материала и изделий на его основе для строительной индустрии (зола шивэ-овооского угля пригодна для широкого применения в производстве цемента, стеновых материалов и изделий, а также в дорожном строительстве);
• утилизацию кальция, содержащегося в золошла-ковых отходах ТЭС;
• ликвидацию золошлакоотвалов;
• создание ресурсосберегающей технологии производства строительных материалов на основе отходов теплоэнергетики.
• сокращение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.
Для более полного и эффективного использования золо-шлаковых отходов ТЭС, в том числе и каль-цийсодержащих, необходимо устанавливать оптовые цены на золо-шлаковые отходы и применять другие стимулирующие механизмы. Утилизация зол и шлаков на электростанциях обеспечит развитие строительной отрасли, но прежде всего, будет способствовать решению экологических вопросов. Вместе с тем, в настоящее время из образующихся ежегодно на ТЭС отходов сжигания топлива практически используется не более 10%, в основном в цементной промышленности. Наиболее полно утилизируются золо-шлаковые отходы от сжигания твёрдых топлив в США, Англии, Франции: специальные фирмы собирают золо-шлаковые отходы с ТЭС, подвергают их, если это требуется, соответствующей обработке и поставляют потребителям паспортизованный продукт.
На ЭЧТЭС для очистки дымовых газов предложена электронно-лучевая технология с использованием аммиака («сухой способ»). При этом рассматривалось использование поставляемого промышленностью 25%-ного водного раствора аммиака. После предварительной очистки дымовых газов от золовых частиц в электрофильтрах перед входом в камеры
облучения в газовый поток впрыскивается ЫИ3 (в эквимолекулярном количестве с ЫОх и 802).
Уравнения реакции совместной утилизации диоксида серы и оксидов азота имеют следующий вид:
802 + О + 21ЧН3 + Н20^ (1ЧН4)2804;
1Ч205 + 21ЧН3 + Н20 ^ 2ЫН4Ы03.
Для утилизации 80 кг диоксида серы потребуется 34 кг аммиака, что позволит получить не менее 132 кг сульфата аммония. При утилизации 92 кг оксидов азота расходуется 34 кг аммиака, при этом выход нитрата аммония составляет порядка 160 кг. Часовой расход аммиака для одного работающего энергоблока 800 МВт(э) равен 5,1 т/час, а общее количество минеральных удобрений в виде сухой смеси сульфата и нитрата аммония (со средним содержанием азота до 28%) составит не менее 20525,0 т/год. Потенциальные же возможности производства на ТЭС аммонийных удобрений, необходимых для сельского хозяйства, достигают 800 тыс. т в год.
Возможно использование варианта электроннолучевой очистки с применением известняка. Это так называемый «мокрый» способ, который может быть предпочтителен в регионах, где отсутствует производство аммиака и невозможна его доставка по трубопроводу. Здесь после электрофильтров дымовые газы поступают в камеру облучения, из которой смесь 803 и К1205 подаётся на полые скрубберы, орошаемые водой. Данная технология может быть описана следующими уравнениями химической реакции:
80з + Н20 = Н2804;
1Ч205 + Н20 ^ 2Н1Ч03.
Затем образовавшаяся смесь кислот Н2804 и Н1М03 направляется в нейтрализатор, где раствор нейтрализуется известковым «молоком» Са(ОН)2 или измельчённой фракцией кальцита СаС03 с получением следующих продуктов:
- при использовании известняковой суспензии («молока»):
Н2804 + Са(0Н)2 ^ Са804 • 1,5^0;
- при использовании в качестве реагента слабо кристализированного измельчённого известняка и мела (СаС03):
_Н2804 + СаСО3 ^ Са804 • 1,5Н20 + С02_
После чего протекает реакция типа
2HNO3 + CaCO3 ^ Ca(NO3)2 + CO2 + Н2О.
В ходе данного технологического процесса образуется конечный товарный продукт - Ca(NO3)2, используемый как минеральное удобрение для сельского хозяйства или продукт для производства азотной кислоты.
Из нейтрализатора раствор поступает в загуститель, где осаждается CaSO4 • 1,5H2O, который затем подаётся на низкотемпературную термообработку для получения CaSO4 0,5H2O -продукта, применяемого цементной промышленностью:
CaSO4 • 1,5H2O + Q ^ CaSO4 • 0,5H2O.
Слив нейтрализатора поступает на второй загуститель, где осаждается в виде Ca(NO3)2 - продукта, используемого как минеральное удобрение или же для получения азотной кислоты ^03).
Согласно уравнениям реакции при очистке 64 кг диоксида серы и 92 кг оксидов азота в пересчёте на диоксид требуется 74 кг известняковой суспензии, в результате чего получается выход 163 кг полутораводного гипса или 164 кг товарной продукции в виде минерального удобрения Ca(NO3)2 - кальцевой селитры. Если при очистке дымовых газов вместо известняковой суспензии использовать кристализиро-ванный измельчённый известняк или мел в количестве 100 кг, то получается 155 кг полуводного гипса (после низкотемпературной термообработки, т.е. сушки) и 164 кг минеральных удобрений в виде аммиачной селитры. Выполненные расчёты показывают, что мокрый способ обезвреживания продуктов сгорания угля с применением электронно-лучевой обработки также позволяет получать несколько видов полезных продуктов для промышленности, строительства и сельского хозяйства.
Описанные выше оба варианта электроннолучевой обработки обеспечивают 95%-ную очистку от SO2 и 80%-ную - от NOх. После обезвреживания в электронно-лучевых установках остаточные концентрации продуктов сгорания для диоксида серы составляет С302 = 174,2 мг/м , для оксидов азота -
Ск0х = 184,8 мг/м, что полностью удовлетворяет
требованиям ЭЧТЭС [4].
Капиталовложения в технологию электроннолучевой обработки дымовых газов одинаковы для обоих методов. Отличаются они лишь дополнительным оборудованием: в первом варианте («сухой» способ) потребуются два электрофильтра и рукавный фильтр, а во втором («мокрый» способ) -один электрофильтр, мокрый скуббер и загустители (здесь ввиду большого сопротивления скруббера устанавливается вторая группа дымососов). Расчёт затрат на дополнительное оборудование не составит труда, так как оно типовое. В среднем сумма вложений в реализацию предлагаемой электронно-лучевой технологии очистки дымовых газов составит порядка 1250 млн руб. на 100 МВт установленной мощности (416,6 дол./кВт установленной мощности) [5].
По существующим данным ряда учреждений, занимающихся разработкой и производством промышленных ускорителей, в России имеется возможность серийного производства ускорителей мощностью до 2 МВт, которые являются основными модулями и предназначены для энергоблока 800 МВт. Это позволит примерно в 5 раз снизить стоимость радиационной обработки 1000 нм3 газов с учётом эксплуатации [6]. В настоящее время затраты на установку электронно-лучевой дымоочистки для ТЭС 4800 МВт можно оценить в 2 млрд дол. Если на вновь строящейся ТЭС использовать химические методы очистки дымовых газов от оксидов серы и аммиака, то для этой цели средств потребовалось бы в 2 раза больше. В соответствии с современными экологическими требованиями, предъявляемыми к угольным ТЭС, внедрение электронно-лучевой технологии совместной очистки продуктов сгорания от оксидов серы и азота имеет очевидные преимущества перед химическими методами их раздельной очистки.
Применение электронно-лучевой технологии решает не только экологические задачи по сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу, но и представляется экономически целесообразным мероприятием, поскольку при относительно невысоком уровне капиталовложений позволяет получать дополнительный доход от реализации минеральных удобрений и других утилизируемых продуктов.
По укрупнённым расчётам для ТЭС электрической мощностью 4800 МВт с «сухим» способом очистки дымовых газов годовые затраты с учётом покупки аммиака и его транспортировки по железной дороге (без учёта затрат на хранение) составят около 300 млн дол., а прибыль от продажи - 800 тыс. т аммонийных удобрений (товарной продукции) по действующим ценам - 2600,0 млн дол., при этом дополнительная прибыль для ТЭС только от продажи минудобрений составит более 2 млрд дол. в год. При использовании «мокрого» способа ввиду доступности известняка и его перевозки на небольшое расстояние (около 40 км) суммарные затраты будут значительно меньше - 8,7 млн дол., при этом прибыль только от продажи 156 тыс. т минудобрения оценивается в 624 млн дол. Кроме того, предполагается реализация гипса в количестве 950 тыс. т, что позволит получить прибыль в размере 263 млн дол. Чистый доход от продажи дополнительной товарной продукции для ТЭС составит около 890 млн дол. в год.
Таким образом, внедрение электронно-лучевой технологиии очистки продуктов сгорания на ТЭС независимо от способа очистки обеспечивает значительный экономический эффект, поэтому окончательный выбор её типа зависит от возможностей рынка сбыта полученной товарной продукции и других местных условий.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Создание ЭЧТЭС на Шивэ-Овооском месторождении не только позволит покрыть быстрорастущие электрические нагрузки, связанные с высоким темпом освоения природных ресурсов, но и
обеспечит необходимой продукцией промышленность, строительство и сельское хозяйство. Для успешного развития экономики Монголии это является стратегической задачей.
2. Монгольская ЭЧТЭС, работая по схеме потенциальных межгосударственных электрических связей между странами Северо-Восточной Азии, разработанной российскими научными и проектными организациями, обеспечит возможность участия рес-
публики в энергетической кооперации государств Азиатско-Тихоокеанского региона.
3. Проведённые исследования по применению безотходной угольной технологии в энергетике в концепции мультикомплекса позволит создать сырьевую базу для успешного развития сельскохозяйственного производства и строительсва в Монголии. При этом также появится возможность экспортирования большого количества дешёвых минеральных удобрений в соседние страны.
Библиографический список
1. Химический состав и температурные характеристики минеральной части угля шивээ-овооского месторождения Монголии / Энхжаргал Х. и др. // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. НГТУ. 2011. Вып. 16. С. 67-73.
2. Савинкина М.А., Логвиненко А.Т. Золы канско-ачинских бурых углей. Новосибирск: Наука, 1979. 165 с.
3. О возможностях расширения энергетического сотрудничества Монголии со странами Северо-Восточной Азии / Энхжаргал Х. и др. // Энергетика России в XXI веке: стратегия развития восточный вектор. Энергетическая кооперация в Азии: что после кризиса?: сб. докл. Объединенного симпозиума (Иркутск, 30 августа - 3
сентября 2010 г.). Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2010. С. 60-63.
4. Шульман В.Л. Методические основы природоохранной деятельности ТЭС. Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2000. 447 с.
5. Научное обоснование экологически безопасного функционирования и развития тепловой энергетики и металлургии / Полянский А.М и др. // Высокие технологии XXI века: сб. трудов. М: 2009. С. 109-113.
6. ТЭС на угле как энергопромагрокомплекс. Электроно-лучевое обезвреживание газовых выбросов / Энхжаргал Х. и др. // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. НГТу. 2011. Вып. 16. 2011. С. 58-67.
