ЧАСТИНА 1. Еволюція уявлень про енергетичну суть природних явищ. Історія використання природних енергоресурсів

Стан котельного господарства України

На даний час все котельне господарство України можна розділити на три категорії: котли малої, середньої потужності, котли промислових підприємств й енергетичні котлоагрегати (див. підрозділ 2.1).

Чавунні й сталеві секційні котли малої потужності встановлюються в основному в опалювальних котельних для автономного обслуговування одного або декількох невеликих будинків, а також шкіл, лікарень, військових гарнізонів і т.п. У табл. 2.6 наведено номенклатуру котлів малої потужності, що знаходяться в експлуатації. З них більше 70% морально та фізично застаріли і підлягають реконструкції.

Котли середньої потужності є в основному котлами типів ТВГ, КВГ, ДКВР і їх модифікаціями. У табл. 2.7 наведено стан котельного парку України середньої потужності. Вони застосовуються як для виробничих потреб, так і в комунальному господарстві, у харчовій та будівельній промисловості, на залізничному транспорті, при нафтой газодобуванні, у сільському господарстві й т.д.

У теплоенергетиці України на даний час налічується 104 енергоблоки електричною потужністю більше 100 МВт, з них 91 – на твердому паливі. Кількість та тип котельних установок на електростанціях України наведено у табл. 2.8.

Як видно з табл. 2.8, основні потужності ТЕС України вводилися у 60–80-х роках XX століття з використанням технічних рішень того часу. Більшість енергетичних котлів ТЕС давно морально й фізично застаріла. Тому актуальною є задача реконструкції котлоагрегатів, що вичерпали ресурс, з використанням сучасних високоефективних й екологічно чистих технологій спалювання палива, зокрема низькореакційного антрацитового штибу, переважаючого серед енергетичного вугілля України. Вибираючи проект реконструкції, не менш важливо враховувати можливість розміщення нового устаткування у межах будівельних майданчиків існуючих котлоагрегатів, мінімізацію вартості реконструкції з досягненням максимального ефекту, можливість виконання робіт по реконструкції, подальшому обслуговуванню і ремонту українськими підприємствами.

Таблиця 2.6. Номенклатура котлів малої потужності

Таблиця 2.7. Номенклатура котлів середньої потужності

Таблиця 2.8. Технічна характеристика котлоагрегатів найбільших ТЕС України

*А – антрацит; Г – газ; Т – пісне вугілля; П/п – промпродукт.

Котлоагрегати з параметрами пари < 10 МПа, 540°С з метою продовження терміну їх роботи реконструюються і модернізуються за рахунок проведення якісних ремонтів, заміни і відновлення зношених і таких, що відпрацювали свій ресурс, найвідповідальніших вузлів і деталей самих агрегатів і пов'язаних з ними паротрубопроводів.

Враховуючи паливний баланс України, при реконструкції й модернізації котлоагрегатів з параметрами пари 10 МПа, 540°С та більше опрацьовується питання переведення їх на спалювання відходів вуглезбагачення і високозольного вугілля. Газомазутові котли ТЕС і ТЕЦ повинні модернізуватися за рахунок маловитратних заходів (заміни окремих вузлів, поверхонь нагріву, установки ефективних пальників і т.д.), спрямованих на збільшення терміну їх експлуатації і поліпшення екологічних показників.

У той же час за останні півстоліття у теплоенергетичній галузі розроблені нові високоефективні технології, з використанням яких створені могутні парогенератори на надкритичні параметри пари із системами сіркоі азотоочистки, котли з низькотемпературним киплячим шаром, циркулюючим киплячим шаром і киплячим шаром під тиском для парогазових установок на твердому паливі й т.д. Ці нові технології дозволяють значно підняти к.к.д. блоків ТЕС, а також знизити шкідливі викиди в навколишнє середовище, залучити в паливний баланс відходи вуглезбагачення.

Мал. 2.33. Схема парового котла з низькотемпературним киплячим шаром: 1 – розбавлений шар палива; 2 – об’єм камерної топки; 3,4 – поверхні теплообміну; 5 – відвод золи зі щільного шару; 6 – подача палива; 7 – решітка киплячого шару; 8 – насос примусової циркуляції; 9 – короб підігрітого повітря

На мал. 2.33 показана конструкція парового котла продуктивністю 75 т/год при тиску 3,9 МПа з низькотемпературним киплячим шаром в нижній частині топки. У щільній зоні киплячого шару розташовані випарна і пароперегрівна поверхні теплообміну. Рух води і пароводяного середовища в екранних трубах – примусовий за рахунок натиску циркуляційного насоса. Повітря після високонапірного дуттьового вентилятора подається під решітку і має швидкість 2–4 м/с. Такі котли використовують при спалюванні відходів вуглезбагачення (з підвищеною зольністю), а також високозольного та високосірчистого бурого вугілля.

Мал. 2.34. Котел атмосферного циркулюючого киплячого шару за технологією «Лургі»: 1 – циклон; 2 – топкова камера; 3 – теплообмінник киплячого шару; 4 – електрофільтр; 5 – L-клапан

Мал. 2.35. Схема котла з арочною топкою Зміївської ТЕС: 1 – плечовий передтопок; 2 – пальники; 3 – верхня частина топки; 4 – конвективна шахта

В Україні є приклади впровадження нових технологій при заміні котлоагрегатів старого покоління. Так, на Старобешевській ТЕС вводиться в експлуатацію котел атмосферного циркулюючого киплячого шару за технологією «Лургі» потужністю 210 МВт. Паливо – суміш антрациту та шламу (мал. 2.34). Технологія циркулюючого киплячого шару дозволяє спалювати ці палива без використання для підсвічування (стабілізації процесу горіння) природного газу і мазуту з високими екологічними показниками в діапазоні зміни навантаження енергоблоку від 50 до 100% номінального.

Котел вироблятиме пару з параметрами 14 МПа та 545°С при паропродуктивності 670 т/год.

В основу технології арочного спалювання низькореакційних палив (антрацитів і пісного вугілля із зольністю до 30% і малозольних нафтових коксів) закладено наступні технологічні рішення, котрі забезпечують її ефективність: тонкий помел палива, вертикальні пальники з циклонними концентраторами пилу на вході, інвертна структура факела, зниження променистих тепловтрат із зони горіння й ін. Основною ж відмінністю технології арочного спалювання палива від інших технологій є підвищення рівня температур в області ядра горіння за рахунок її часткового екранування футерованим арочним склепінням і повернення в неї значної частини теплоти шлаку зі скатним повітрям, яке охолоджує випадаючі з факела шлакові агломерати до затверділого стану. Це дозволяє здійснювати сухе золовидалення.

При реконструкції енергоблоку №8 на Зміївській ТЕС встановлено котел паропродуктивністю 950 т/год з «арочною» топкою для спалювання антрацитів і пісного вугілля підвищеної зольності (мал. 2.35). Він виробляє пару з параметрами 24,5 МПа і 545°С.

У даний час блок потужністю 325 МВт знаходиться в експлуатації й спалює антрацитовий штиб зольністю 20–25% у діапазоні зміни навантаження котлоагрегату від 50 до 100% при використанні для стабілізації горіння не більше 5% по теплу природного газу.

Зміївська ТЕС