Буров В.Д. и др. Тепловые электрические станции

Подождите немного. Документ загружается.

17.2.

Классификация

ТЭС по

экологическим

показателям

ЗОЛЬНОСТЬ бурых углей Березовского месторождения Канско-Ачинского бассей-

на составляет 5—10 %, содержание серы —

0,2—0,5

% и влажность — 30—38 %.

Теплота сгорания топлива

=15

700

кДж/кг

(3747

ккал/кг). Топливо характеризуется

большим выходом летучих, склонностью к самовозгоранию при хранении и воз-

можным взрывам в системах пылеприготовления. При этом большая часть топлив-

ного азота (до 50 %) содержится в летучих веществах и выделяется вместе с ними

при нагреве топлива до 500—600 °С. В состав минеральной части топлива входит

большое количество оксида кальция СаО, значительная часть которого после сго-

рания топлива остается в свободном виде в летучей золе и при низкотемператур-

ном сжигании связывает до

% S0

в уходящих газах.

Особенностью минеральной части канско-ачинских углей является также то, что

они легко шлакуются на поверхностях нагрева топочной камеры и пароперегревателя.

Это свойство топлива всегда учитывается при проектировании котлов обычного типа, в

случае экологически безопасной ТЭС оно также должно учитываться. При разработке

экологически безопасной КЭС в связи с рассмотренными особенностями состава топ-

лива и процесса его сгорания можно довести выбросы вредных веществ в атмосферу до

высоких экологических показателей без сооружения специальных дорогих установок

по очистке дымовых газов от оксидов серы и азота.

Технологическая схема паротурбинного блока мощностью

800

МВт экологиче-

ски чистой электростанции, работающей на канско-ачинском угле (применительно

к условиям Березовской ГРЭС), показана на рис.

17.4.

Рис. 17.4. Технологическая схема блока мощностью 800 МВт экологически чистой электростан-

ции, работающей на канско-ачинском угле:

1 — бункер сырого угля; 2 — газовая сушилка; 3 — питатель; 4 — мельница-вентилятор; 5 — пыле-

концентратор; 6 — пыле подогреватель; 7 — топка парового котла; 8 — экономайзер, промежуточный

и основной пароперегреватели; 9 — воздухоподогреватель; 10 — турбогенератор; 11 — тканевый

фильтр; 12 — золоуловитель; 13—15 — дымососы; 16 — дымовая труба; 17 — дутьевой вентилятор

441

Глава 17.

РАЗРАБОТКА

И СОЗДАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ

БЕЗОПАСНЫХ

ТЭС

Сырой уголь из бункера 1 поступает в газовую сушилку 2, в которой подсуши-

вается уходящими газами, отбираемыми из линии до тканевого золоуловителя 11.

Температура газов здесь составляет 160 °С. Подача газов осуществляется вспомо-

гательным дымососом 14, перед которым для защиты его от абразивного износа

крупными частицами золы установлен золоуловитель 12. Температура сушильного

агента в газовой сушилке 2 регулируется за счет рециркуляции газов с помощью

другого вспомогательного дымососа 15. На всасывающей линии этого дымососа 15

(на выходе из газовой сушилки 2) температура газов составляет 55 °С. Подсушен-

ное топливо питателем 3 подается в мельницу 4, куда поступает также часть подо-

гретого воздуха из линии после воздухоподогревателя 9 котла. Температура воз-

духа за воздухоподогревателем равна 215 °С. Часть этого воздуха направляется

в горелки котла, а остальной воздух после смешения с некоторым количеством

дымовых газов, поступающим после главного дымососа 13, подается в мельницу 4.

После мельницы аэросмесь поступает в пылеконцентратор 5, из которого неболь-

шая часть потока мелкодисперсной пыли (при температуре 100 °С) направляется

непосредственно к горелкам, а основной поток пыли — в пылеподогреватель 6, где

подогревается до 650 °С за счет забора некоторого количества дымовых газов

из верхней части топки. Пыль из пылеподогревателя 6 поступает к горелкам. После

конвективной шахты котла за воздухоподогревателем 9 установлен тканевый

фильтр 11. Очищенные от золы дымовые газы дымососом 13 отводятся через

дымовую трубу в атмосферу

На экологически безопасной ТЭС устанавливается паровой котел, конструктивно

практически не отличающийся от котла, размещенного на Березовской ГРЭС (марки

П-67). Котел имеет тангенциальное расположение горелок, твердое шлакоудаление и

рассчитан на низкое тепловое напряжение топочного пространства в зоне активного

горения, что, как известно, понижает образование оксидов азота. Габариты котла при

проектировании уменьшены. Температура дымовых газов за котлом составляет

140 °С. При такой температуре в потоке дымовых газов содержится еще значитель-

ное количество теплоты, которое используется в водогазовом теплообменнике для

подогрева сетевой воды. В этом теплообменнике утилизируется теплота в количестве

17,5 МДж/с (17,5 МВт). При подогреве угольной пыли без доступа воздуха в пыле-

подогревателе 6 до 650 °С примерно половина азота выделяется из топлива с лету-

чими веществами. Последующее ступенчатое сжигание пыли в пламени многоярус-

ных горелок при температуре не выше 1350 °С и пониженном избытке воздуха (сх

« 1,12) способствует выделению молекулярного азота N

. Из оставшегося в коксе

азота при умеренных температурах в нижней части топки оксидов азота практически

не образуется. По предварительной оценке содержание оксидов азота в газах на

выходе из котла не будет превышать 200 мг/м

Как уже отмечалось, летучая зола (содержащая значительное количество СаО)

при низкотемпературном сжигании угольной пыли связывает до 50 % оксидов

серы в потоке газов. Оставшаяся часть S0

связывается при контакте с золой

в процессе очистки газов в тканевых фильтрах. В результате общее содержание

после фильтрации составляет 300 мг/м

. Содержание золы после тканевого

фильтра, по оценке, должно составить 50 мг/м

Весьма перспективной является разработка экологически безопасной ТЭС, сжи-

гающей уголь в шлаковом расплаве. Подготовка топлива к газификации и сам про-

442

17.2.

Классификация

ТЭС по

экологическим

показателям

Подача

угля

известняка

полиметалла

Рис. 17.5.

Модель

реагирования топлива

расплаве:

I—/, //—II и

III—///

—

сечения

зон

реагирования;

/ —

углерод;

2 —

уголь;

3 —

шлак

цесс газификации осуществляются здесь в турбулентно перемешиваемой эмульсии

топлива и шлака. При этом жидкий шлак служит теплоносителем.

Модель реагирования топлива в расплаве представлена на рис. 17.5. Парокисло-

родное дутье вводится под избыточным давлением в расплав шлака, энергично

перемешивает его, и создается газонасыщенный слой гетерогенного расплава,

состоящего в основном из шлака, угля и извести. Содержание угля в зоне подачи

максимальное. В процессе расплавления смеси содержание угля в камере-газифи-

каторе по ходу процесса слева направо уменьшается и в конечной зоне (сечение

III—III) достигает нуля.

После поступления топлива в первую зону высокотемпературного гидроаэро-

шлакового расплава возникает «тепловой удар». При последующем нагреве про-

исходят процессы термического дробления и плавления всех компонент, кроме

углерода. Углерод, имеющий температуру плавления 3500 °С, ведет себя в гидро-

аэрошлаковом расплаве, температура которого не превышает 1650 °С, как «несма-

чиваемое» вещество. В результате «несмачиваемый» легкий углерод транспорти-

руется пузырями парокислородного дутья в верхнюю часть гидроаэрошлакового

расплава и скапливается на его поверхности (см. рис. 17.5). Происходит технологи-

ческая деминерализация углерода топлива путем отделения (плавления) минераль-

ных компонент в жидкой фазе расплава с образованием высокой концентрации

«несмачиваемого» углерода. Таким образом, фактически в толще гидроаэрошлако-

вого расплава происходит технологическое обогащение углерода с выделением

443

Глава

17.

РАЗРАБОТКА

СОЗДАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ

ТЭС

в отдельные конгломераты чистого углерода, способного участвовать в химиче-

ских реакциях.

При газификации угля в гидроаэрошлаковом расплаве, по оценке, выход окси-

дов азота из расплава составляет всего 50—100 мг/м

, а выход оксидов серы

снижается на 25—50 %. Степень улавливания золы топлива в гидроаэрошлаковом

расплаве, по оценке ряда авторов, достигает 99,5 %.

В верхней части камеры расплава скапливается легкий шлак, являющийся цен-

ным сырьем для строительных материалов. В нижней части концентрируется тяже-

лый шлак, представляющий собой жидкую металлическую фазу, имеющую

промышленное назначение.

На рис. 17.6 представлена упрощенная схема энергоблока с комбинированным

парогазовым циклом с применением аэрошлакового газификатора угля под давле-

нием. Здесь показаны сопутствующие системы удаления тяжелого и легкого шла-

ков,

что служит преимуществом безотходной экологически безопасной электро-

станции. Наличие в схеме газотурбинной установки превращает ее в ПГУ с общей

высокой экономичностью.

На базе этих разработок в рамках государственной научно-технической

программы России «Экологически чистая энергетика» разработан проект опытно-

промышленной установки мощностью 200 МВт для сжигания твердого низкока-

чественного топлива (угля марки АШ) в шлаковом расплаве на Несветай ГРЭС

(Ростовская обл.).

Рис. 17.6. Упрощенная схема парогазового энергоблока с аэрошлаковым газификатором угля

под давлением:

А — твердое топливо и известняк; Б — тяжелые шлаки (полиметаллическое сырье); В — легкие шла-

ки; Г — подвод парокислородного дутья; 1 — аэрошлаковый газификатор; 2 — камера тяжелого

шлака; 3 — камера легкого шлака; 4 — устройство доочистки; 5 — газовая турбина; 6 — котел-

утилизатор; 7 — паровая турбина; 8 — градирня; 9 — кислородная (воздухоразделительная) стан-

ция; 10 — воздушный компрессор

444

17.3.

Бессточное

малоотходное

водоснабжение

на ТЭС

17.3.

Бессточное и малоотходное водоснабжение на ТЭС

В нашей стране технология утилизации основной части минерализованных

сточных вод была реализована МЭИ совместно с рядом других организаций

на Саранской ТЭЦ-2, где в систему оборотного охлаждения (СОО) подаются вода

из реки Инсар и промливневые стоки с территории, ТЭС работает на газе.

Продувочная вода СОО направляется в осветлитель 1 (рис. 17.7), где обрабаты-

вается известковым молоком И и коагулянтом К по обычной для отечественных

ВПУ технологии. Осветленная вода собирается в баке 2 и через механические

фильтры 3 подается на двухступенчатую Na-катионитную установку 4. Умягченная

вода собирается в баке 5, откуда часть ее направляется в теплосеть. Другая часть

смешивается с продувочной водой котлов в деаэраторе 6 и поступает в многосту-

пенчатую испарительную установку (МИУ) 7 производительностью 100 м

/ч, кото-

рая состоит из пяти испарителей И-600, включенных по пару последовательно,

а по воде параллельно.

Дистиллят МИУ без дополнительной очистки используется в качестве добавоч-

ной воды котлов с давлением 13,7 МПа, а концентрат через рекарбонизатор 8 пода-

ется в бак для сбора продувочной воды МИУ 9. Из бака 9 расчетное количество

продувочной воды периодически направляется в бак-реактор 10. Здесь продувоч-

Выпар

Продувочная

вода СОО

Промливневые

стоки

\JL Продувочная

* ' вода котлов

Шлам

осветлителей

Гипсовый шлам

Рис. 17.7. Схема установки термохимического умягчения и обессоливания сточных вод Саран-

ской ТЭЦ-2:

/ — осветлитель; 2 — бак осветленной воды; 3 — механические фильтры; 4 — Na-катионитные

фильтры первой и второй ступеней; 5 — бак для сбора умягченной воды; 6 — деаэратор; 7 — пяти-

ступенчатая испарительная установка; 8 — рекарбонизатор; 9 — бак для сбора продувочной воды

и конденсата греющего пара МИУ; 10 — бак-реактор; И — бак готового регенерационного раствора;

12 — бак концентрированных регенерационных сточных вод; 13 — термохимический умягчитель;

14 — пластинчатый осветлитель; 15 — бак для сбора отмывочных вод; 16 — питательная вода МИУ;

17 — вторичный пар МИУ; 18 — греющий пар МИУ; И — известь; К — коагулянт; П — пар

445

Глава

17.

РАЗРАБОТКА

СОЗДАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ

ТЭС

ный концентрат МИУ смешивается с частью отработанного регенерационного рас-

твора Na-катионитных фильтров 4, поступающего из бака 12. Полученная смесь

после отделения осадка собирается в баке 75 и используется для регенерации

фильтров 4. Сточные воды процесса регенерации с жесткостью менее 30 мг-экв/л

(отмывочные воды) собираются в баке и используются для взрыхления механиче-

ских и Na-катионитных фильтров. Образовавшиеся при этом сточные воды собира-

ются в специальном баке и равномерно подаются в осветлитель 1. В баке 12 за счет

перемешивания воздухом с ранее выпавшими частичками гипса происходит стаби-

лизация отработанного раствора по сульфату кальция. Часть стабилизированного

раствора после осветления из бака 12 подается в бак-реактор 10.

Избыток отработанного регенерационного раствора из бака 12 вместе с частью

кристаллов гипса поступает в кристаллизатор 13, где нагревается за счет смешения

с паром и насыщается известью во взвешенном слое ранее образовавшегося осад-

ка. В результате такой обработки из сточных вод удаляются практически весь

магний и основная часть сульфата кальция. Умягченный щелочной раствор через

пластинчатый осветлитель 14 подается в осветлитель 1.

Раздельное выделение осадков с преимущественным содержанием карбоната

кальция и гипса упрощает их последующую утилизацию.

На рис. 17.8 в качестве примера приведена схема бессточного водоснабжения

ТЭС,

работающей на угле. Зола и шлак из котлов 1 подаются на золоотвал 2.

Осветленная вода 3 с золоотвала возвращается в котлы 1. При необходимости

часть этой воды подвергается обработке в установке локальной очистки 4. Обра-

зующиеся при этом твердые отходы 5 поступают на золоотвал 2. Частично обезво-

Реа-

генты

[С

NAOH

1 Г

БОУ

J 40

T+UTTTT

Шлам Шлам

Рис. 17.8.

Принципиальная схема экологически

безопасной

ТЭС

446

17.3.

Бессточное и малоотходное водоснабжение на ТЭС

женные зола

шлак

утилизируются. Возможно также сухое шлакозолоудаление,

что упрощает утилизацию золы

шлака.

Дымовые газы

котлов

проходят очистку

установке десульфуризации газов

Образующиеся сточные воды очищаются

использованием реагентов

(извести,

полиэлектролитов). Очищенная вода возвращается

систему газоочистки,

обра-

зовавшийся гипс

выводится

на

переработку.

Сточные воды

77,

образующиеся

при

химических промывках, консервации обо-

рудования

обмывке конвективных поверхностей нагрева котлов

подаются

соот-

ветствующие очистные установки

12, где

обрабатываются

использованием

реагентов

13.

Основная часть очищенной воды

возвращается

котлы

/ для

повторного использования. Ванадийсодержащий шлам

удаляется

на

утилиза-

цию.

Осадки

16,

образовавшиеся

при

очистке сточных

вод,

вместе

частью воды

подаются

на

золоотвал

либо складируются

специальных шламонакопителях.

то же

время,

как

показал опыт работы Саранской ТЭЦ-2,

при

подпитке котлов

дистиллятом

МИУ

эксплуатационной очистки котлов практически

не

требуется.

Следовательно, сточные воды такого типа будут практически отсутствовать либо

их количество будет незначительным. Аналогичным образом утилизируется вода

от консервации оборудования либо используются методы консервации,

не

сопрово-

ждающиеся образованием сточных

вод.

Часть этих сточных

вод

после обезврежи-

вания может равномерно подаваться

в ВПУ 18 для

обработки совместно

проду-

вочными водами

28 СОО.

Исходная вода

непосредственно либо после соответствующей обработки

ВПУ 18

подается

в СОО.

Необходимость обработки

и ее вид

зависят

от

конкрет-

ных условий работы ТЭС,

в том

числе

от

состава исходной воды, необходимой сте-

пени

ее

упаривания

в СОО,

типа градирен

и др. В

целях сокращения потерь воды

СОО

градирни

могут быть оборудованы каплеуловителями либо могут быть

использованы полусухие

или

сухие градирни. Вспомогательное оборудование

20,

при охлаждении которого возможно загрязнение оборотной воды нефтепродуктами

и маслами, выделено

самостоятельную систему. Вода этой системы подвергается

локальной очистке

от

нефтепродуктов

масел

узле

21 и

охлаждается

теплооб-

менниках

водой

23,

поступающей

из

основного контура

СОО

конденсаторов

турбин

25.

Часть этой воды

используется

для

восполнения потерь

контуре

охлаждения вспомогательного оборудования

20.

Выделенные

узле

масло-

и нефтепродукты

подаются

на

сжигание

котлы

Часть воды

28,

подогретой

теплообменниках

22,

направляется

в ВПУ 18, а ее

избыток

29 — на

охлаждение

градирни

19.

Продувочная вода

28 СОО

проходит обработку

в ВПУ 18 с

использованием

необходимых реагентов

30.

Часть умягченной воды

подается

на

подпитку

закрытой теплосети перед подогревателями

сетевой воды.

При

необходимости

часть умягченной воды может быть возвращена

в СОО.

Необходимое количество

умягченной воды

направляется

в МИУ 34.

Сюда

же

подаются продувочная воды

котлов

7, а

также конденсат

непосредственно

из

мазутного хозяйства либо после

очистки

узле

37.

Выделенные

из

конденсата нефтепродукты

сжигаются

котлах

Пар

первой ступени

МИУ 34

направляется

на

производство

мазутное

хозяйство,

полученный дистиллят

поступает

на

подпитку котлов. Сюда

же

447

Глава 17.

РАЗРАБОТКА

И СОЗДАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ

БЕЗОПАСНЫХ

ТЭС

подается конденсат 41 с производства и конденсат 42 из сетевых подогревателей 32

после обработки в системе конденсатоочистки 43.

Сточные воды 44 конденсатоочистки и блочной обессоливающей установки

БОУ используются в ВПУ. Сюда же направляется продувочная вода 45 МИУ для

приготовления регенерационного раствора по описанной ранее технологии.

Ливневые стоки с территории ТЭС собираются в накопителе ливнестоков 46

и после локальной очистки в узле 47 также подаются в СОО либо в ВПУ. Выделен-

ные из воды нефте- и маслопродукты 48 сжигаются в котлах. В СОО могут также

подаваться грунтовые воды без соответствующей обработки или после нее.

При работе по описанной технологии в значительных количествах будут обра-

зовываться известковый и гипсовый шламы. Технология обработки таких шламов

и пути их использования широко известны.

Таким образом, накопленный в нашей стране опыт очистки дымовых газов, вод

и осадков разного типа позволяет создать бессточные и малоотходные ТЭС и сокра-

тить за счет этого как потребление свежей воды, так и негативное влияние ТЭС

на окружающую среду.

Во всем мире не ослабевает интерес к созданию экологически безопасных ТЭС.

Разрабатываются новые технологии очистки дымовых газов и сточных вод, перера-

ботки образующихся осадков. Оригинальные исследования выполнены и в нашей

стране. Так, например, очистка дымовых газов от SO

и NO

базируется на исполь-

зовании электрических разрядов, генерируемых потоками заряженного аэрозоля

в мокром скруббере. В результате образуются сульфиты, нитрит аммония, которые

после окисления превращаются в сульфат и нитрат аммония, широко используемые

в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Основным препятствием на пути широкого использования ванадия, содержащего-

ся в обмывочных водах конвективных поверхностей нагрева котлов, является повы-

шенное содержание различных примесей в шламе, образующемся при современных

технологиях обезвреживания таких сточных вод. В результате на ТЭС России

и ближнего зарубежья скопились сотни тысяч тонн ванадийсодержащего шлама,

который, с одной стороны, представляет большую опасность для окружающей среды,

а с другой — служит ценным сырьем для получения оксида ванадия V

Результаты работ в этом направлении показали возможность извлечения из таких

сточных вод и шламов основной части ванадия, никеля, алюминия, железа и дру-

гих компонентов для использования в металлургии. Обезвреженный шлам может

быть применен в качестве наполнителя при производстве бетона и цементного рас-

твора, при изготовлении кирпичей и др.

Глубокая очистка нефтесодержащих осадков и загрязненных масел может быть

реализована путем фракционного разделения таких сред на основе сверхкрити-

ческой экстракции. Вблизи критической точки проявляется резкая аномалия всех тер-

модинамических и транспортных свойств растворителя, которая свойственна практи-

чески всем газам. После снижения параметров растворитель переходит в газообраз-

ное состояние, а содержавшиеся в нем нефтепродукты и масла легко отделяются.

448

17.3.

Бессточное и малоотходное водоснабжение на ТЭС

Наиболее перспективным направлением утилизации золы

шлама

настоящее

время является

их

раздельное сухое складирование

выделением магнитных ком-

понентов, используемых

металлургии.

Регенерационные сточные воды

ВПУ

целесообразно концентрировать

до

соле-

содержания 200—250 кг/м

затем использовать

для

борьбы

обледенением

дорог

зимнее время вместо технического хлорида натрия либо доупаривать

до выделения ценных примесей. Шлам, образующийся

при

известковании воды,

в зависимости

от

конкретных условий может быть использован

для

производства

извести,

качестве мелиоранта,

для

рекультивации территории

и др.

Гипсовый шлам, образующийся

процессе обработки сточных

вод,

является

хорошим сырьем

для

производства вяжущих веществ.

КОНТРОЛЬНЫЕ

ВОПРОСЫ

ЗАДАНИЯ

Глава

Какие типы электростанций используются для получения электроэнергии?

Покажите на технологической схеме ТЭС (см. рис. 1.8): а) оборудование топ-

ливного тракта; б) оборудование газовоздушного тракта; в) оборудование, предна-

значенное для отпуска теплоты; г) пароводяной цикл.

Глава

Перечислите показатели тепловой экономичности КЭС.

Поясните понятие «сопряженные параметры».

В каком случае экономически оправдано применение промежуточного пере-

грева пара на КЭС?

Как скажется на КПД станции повышение начальных параметров пара?

До каких пределов оправдано понижение конечного давления пара? Почему?

6. Всегда ли оправдано применение регенеративного подогрева питательной

воды?

Поясните принцип выбора оптимальных параметров регенеративного подо-

грева.

8. Каков физический смысл индифферентной точки?

9. Поясните термин «условное топливо».

Глава

В чем отличие показателей экономичности ТЭЦ от показателей экономично-

сти КЭС?

Каков физический смысл коэффициентов недовыработки и ценности теплоты?

Поясните различные варианты приведения к единому виду вырабатываемой

на ТЭЦ энергии.

Каковы преимущества комбинированной выработки энергии на ТЭЦ по срав-

нению с раздельной выработкой?

Чему равна общая эксергия энергетических потоков теплофикационного

блока с промышленным и теплофикационными отборами?

Глава

Поясните принцип построения годового графика потребления теплоты

на отопление и горячее водоснабжение.

Поясните физический смысл коэффициента теплофикации.

Назовите способы отпуска пара промышленным потребителям.

В каких случаях целесообразно применение паропреобразовательных уста-

новок для отпуска пара потребителям.

Какие способы регулирования отпуска теплоты используются на ТЭЦ?

6. Какая связь между давлением пара в регулируемом отборе и температурой

подогрева сетевой воды?

Что такое регулируемые отборы пара?

450