2.2. Органічне паливо та типи топкових пристроїв для його спалювання

Органічне паливо

Як енергоносії у тепловій енергетиці можуть використовуватися: вугілля та інші види викопного твердого палива; природний газ; важкі нафтопродукти (мазут); вуглецевмісні відходи вуглезбагачення; біовідходи.

У загальних запасах палива в Україні (див. книга 1, розділи 7,8) частка вугілля складає 96%, нафти – 1,7%, газу – 2,3%. Розвідані запаси вугілля складають близько 52 млрд. т у.п., вуглеводнів – менше 1,5 млрд. т у.п. Балансові запаси торфу складають близько 0,9 млрд. т. Річний видобуток торфу останніми роками складає менше 0,5 млн. т, до чверті цього об'єму використовують як добриво. Порівняно невеликі ресурси, низька калорійність торфу, сильний вплив збільшення видобутку на місцеві екосистеми дозволяють розглядати торф в якості палива лише як допоміжне місцеве джерело енергоресурсів. Болтишські та карпатські сланці розглядаються як перспективне джерело сировини для отримання вуглеводнів, проте у даний час технології їх отримання зі сланців недостатньо відпрацьовані. Сільське й лісове господарство України щорічно втрачають у паливному еквіваленті 5–9 млн. т у.п. целюлозомістких біовідходів – відходів деревини, соломи, сухого стеблиння, лушпиння. Біовідходи слід розглядати як додатковий паливний ресурс на перспективу. Таким чином, вугілля є основним викопним паливним ресурсом України.

Мал. 2.2. Динаміка середніх світових цін на органічне викопне паливо в нафтовому еквіваленті (1 т нафтового еквіваленту (н.е.) = 1,43 т у.п.)

Разом з тим у складі СРСР для потреб теплоенергетики Україна значною мірою забезпечувалася природним газом та нафтопродуктами. У 1991 році в структурі паливозабезпечення ТЕС України природний газ і мазут складали до 70%, або близько 50 млн. т у.п. на рік, що значно більше, ніж все річне паливоспоживання ТЕС в 2000–2007 рр. Природний газ спалювався не тільки в газомазутних котлоагрегатах ТЕС, ТЕЦ і в газових котельних: велика частина вугільних котельних була газифікована, а на пиловугільних котлах ТЕС поширилось спалювання високозольного вугілля з газовим підсвічуванням. До 2005 року через подорожчання нафтопродуктів і збільшення глибини переробки нафти річне споживання мазуту в енергетиці знизилося до 0,2–0,3 млн. т у.п. Споживання природного газу на ТЕС знизилося до менш 10 млн. т у.п., проте через розширення мережі газифікації його споживання в комунальній і промисловій енергетиці збільшилося до 25–30 млн. т у.п. на рік.

Така структура паливовикористання не відповідала світовим ціновим тенденціям. Останніми роками спостерігалася стійка тенденція до більш швидкого, ніж на вугілля, підвищення цін на вуглеводневе паливо (мал. 2.2).

Для України неминучим став перехід поставок природного газу від пільгових до світових цін. У цих умовах вітчизняне вугілля є запорукою безперебійної й ефективної роботи ТЕС, а отже, і енергетичної безпеки України.

Важливими завданнями є залучення в теплову енергетику забалансових паливних ресурсів, таких як накопичені відходи вуглезбагачення, й поступове переведення комунальних та промислових котельних на спалювання місцевого твердого палива.

Класифікація топок для спалювання палива та вимоги до його якості

Основою традиційних парових котлів є топковий пристрій, де відбувається перетворення хімічної енергії палива у фізичну теплоту продуктів згорання для подальшої її передачі через поверхні нагріву середовищу, що нагрівається (воді, парі).

За видом топкових процесів теплові топки поділяються на типи (мал. 2.3): а – з нерухомим шаром твердого палива; б – з киплячим шаром твердого палива; в – з циркулюючим киплячим шаром твердого палива; г – камерні (факельні) для спалювання газоподібного, рідкого і твердого пиловидного палива.

У топках з нерухомим шаром (мал. 2.3, а) паливо, що вільно лежить на решітках, продувається знизу повітрям. Швидкість газоповітряного потоку у шарі така, що його підйомна сила менша ваги паливних частинок. Умовою цього є їх крупний розмір (як правило, більше 6 мм). Калорійність палива має менше значення для підтримки процесу горіння, тому у топках з нерухомим шаром спалюють кам'яне вугілля й антрацит із зольністю до 25%, буре вугілля з вологістю до 30%, буровугільні та торф'яні брикети, кусковий торф, деревні відходи. Наявність у паливі дріб’язку, навпаки, критична: він не тільки збільшує втрати неспаленого вуглецю з винесенням, але, що важливіше, перешкоджає вільному проходженню окиснювача через шар. Через це у шарі виникають зони проскакування окиснювача і, як наслідок, зони нерівномірного горіння – захолодження (через що виникають локальне недоспалювання палива й викиди СО з димовими газами), а також зони перегріву (результат – прискорене руйнування решітки). Тому вміст дріб’язку у паливі для спалювання у нерухомому шарі строго нормується: клас крупності 0–6 мм не повинен перевищувати 10–20% по масі. Спалювати у нерухомому шарі краще брикетоване паливо, у тому числі з малозольного бурого вугілля й торфу; брикетування ж високозольного паливного дріб’язку не призводить до ефективного вигоряння внаслідок того, що шар шлаку, який утворюється на поверхні частково випалених брикетів, перешкоджає проникненню окиснювача у їх глибину. Топками з нерухомим шаром оснащені переважно комунальні та промислові котельні, проте у 90-х роках минулого століття більшість їх переведена на спалювання природного газу.

У топках з киплячим шаром (мал. 2.3, б) використовується паливо класу крупності від 0–6 мм до 0–25 мм (біовідходи – до 50 мм). У шарі підіймальна сила газоповітряного потоку врівноважує вагу частинок, через що виникає псевдозрідження – інтенсивний тепломасоперенос по висоті й перетину шару. У надшаровому просторі площа живого перетину більша, а, отже, швидкість газу менша (до 1,0–2,5 м/с), й більшість винесених з шару частинок падає назад у шар. Через те, що згораючі частинки, частка яких у шарі невелика, оточені інертними газами, вони не перегріваються, а середня температура шару не перевищує 950°С. У цих умовах генерація оксидів азоту невисока й існує можливість зв’язування сірки вапняком, що подається у шар, до хімічно інертного гіпсу. Відносно низькі питома швидкість горіння вуглецю й його концентрація у шарі компенсуються відносно великою масою й висотою шару (до 1,0–1,2 м), а глибоке випалювання більшості частинок досягається за рахунок достатньо великого часу перебування їх у топці. Киплячий шар невимогливий до якості палива: у ньому досить успішно спалюють вугілля й вуглецевмісні відходи із зольністю до 70% й відносно малозольні з вологістю до 60%. Можливою умовою паливоприготування, перш за все для низькореакційного палива, є окусковування (грануляція) дріб’язку; за рахунок великого часу перебування й обмежених температур горіння (нижче точки плавлення золи) паливні гранули з розміром до 13–25 мм у киплячому шарі повністю вигорають. За рубежем топки з киплячим шаром масово поширені на водогрійних і парових котлах продуктивністю до 100 т/год.

 Мал. 2.3. Основні типи топок парових котлів: а – з нерухомим шаром; б – з киплячим шаром; в – з циркулюючим киплячим шаром; г – камерна топка; д – топка з плавильними передтопками (арочна); 1 – подача палива; 2 – подача повітря; 3 – вихід продуктів згорання та золи винесення; 4 – випуск донної (подової) золи; 5 – циклон

Хоча, на відміну від нерухомого шару, наявність дріб’язку в паливі не критична для організації процесу горіння в киплячому шарі, вона істотно знижує його ефективність. Річ у тім, що винесений з шару дріб’язок розміром менше 0,5 мм у шар не повертається, а оскільки температура у надшаровому просторі нижче, ніж в шарі, то і горіння дріб’язку припиняється. Спроби ж вловити дріб’язок і повернути його на допалювання у шар малоефективні, бо к.к.д. уловлювання циклонів для пилоподібних частинок не перевищує 70%. Якісний стрибок відбувся, коли паливо почали подрібнювати до розміру 0–3 мм, а швидкість газу на живий перетин топки підвищили до 5–7 м/с. Виявилося, що в умовах, коли з шару виноситься могутній потік частинок розміром 0,1–1 мм, загальний к.к.д. циклону підвищується до 99% й більше внаслідок того, що добре уловлювані частинки зазначеного розміру захоплюють за собою й більш дрібні. Так виникли топки з циркулюючим киплячим шаром (ЦКШ) (мал. 2.3, в). Вимоги до якості палива у ЦКШ не більш жорсткі, ніж у киплячого шару, а ефективність спалювання палива, у тому числі такого, що містить дріб’язок, значно вища. Кращі й екологічні показники: зі зв’язування сірки – за рахунок більш тривалого утримання вапняку в топці, щодо викидів оксидів азоту – за рахунок організації відновлювальної зони між введеннями первинного й вторинного повітря. Крім того, у топок з ЦКШ набагато менші масштабні обмеження, тому вони можуть використовуватися не тільки у малих парових та водогрійних котлах, як топки з нерухомим й киплячим шаром, але і в котлах великих енергоблоків ТЕС електричною потужністю до 300 МВт й більше. Діапазон регулювання навантаження ЦКШ-енергоблоків складає 40–100%. Слід зазначити, що за рівнем зольності для спалювання у котлах з ЦКШ придатні шламові відходи із зольністю до 60%, яких у даний час накопичено до 150 млн. т, або близько 70 млн. т у.п. Їх утилізація не тільки збільшила б паливну базу теплової енергетики без значних капіталовкладень, але й вирішила б ряд екологічних проблем, пов'язаних з рекультивацією площ, зайнятих мулонакопичувачами. Необхідною умовою спалювання високозольного шламу у ЦКШ є його агломерація, яка забезпечується при сушці за рахунок природної глинистої компоненти.

У камерних топках (мал. 2.3, г) паливо разом з повітрям подається у топку прямими або закрученими потоками через пальникові пристрої, запалюється за рахунок променистого теплообміну з ядром факела і гарячими стінками, ежектується високотемпературним потоком продуктів згорання до кореня факела й далі горить у факелі по ходу потоку. Для спалювання у факелі придатне газоподібне, рідке й тверде паливо, помелене до пилоподібного стану, але через їх різну питому швидкість горіння (реакційну здатність) останнє вимагає більшого часу вигоряння. При факельному спалюванні час перебування частинок у топці визначають діленням об'єму топки на витрату продуктів згорання при середній температурі. Для котлів однакової паровидатності витрата продуктів згорання при номінальному навантаженні слабо залежить від виду палива. Тому чим більше реакційна здатність палива, тим менший мінімальний об'єм топки Vтмін потрібен для його спалювання. В енергетиці реакційну здатність палива враховують зворотним показником – допустимою тепловою напруженістю топкового об'єму qv, яка пов'язана з мінімальним об'ємом топки співвідношенням:

Vтмін = Вр·Qнр / qv ,

де Вр – розрахункова витрата палива, Qнр – нижча теплота згорання.

Значення qv та Vтмін для різних видів палива (стосовно факельної топки котла паровидатністю 75 т/год) наведені у табл. 2.1. При аналізі даних треба враховувати, що у котлах з рідким шлаковидаленням середньотопкова (середня на об’єм топки) температура вища, ніж у котлах з твердим. Можна бачити, що за винятком фрезерного торфу, якому необхідний додатковий час на випаровування вологи, для всіх видів палива qv збільшується, а Vтмін знижується у повній відповідності з реакційною здатністю. Величина Vтмін для природного газу удвічі менша, ніж для кам'яного вугілля. При проектуванні об'єм топки приймають у 1,05–1,6 разів більшим Vтмін, при цьому значення qv у жодному випадку не повинно перевищувати допустиме. Звідси випливає, що у топках, спроектованих для спалювання вугілля, можна спалювати газ, але не навпаки.

Перед спалюванням у камерних топках тверде паливо розмелюють до пилоподібного стану в спеціальних млинах, тому вміст дріб’язку в початковому паливі не тільки не критичний, а навіть бажаний. Проте оскільки умови стабільного запалювання, горіння й шлаковидалення визначаються тепловим балансом нижньої частини топки, де розташоване ядро факела, вимоги до зольності й вологості палива у камерних топках достатньо жорсткі. У більшості випадків проектним паливом є вугілля із зольністю менше 20–22% й вологістю меншою 10–14%. При більш високій зольності необхідні або спеціальна конструкція топки, або підсвічування факела природним газом чи мазутом. Вологість же критична, бо вище певного її значення вугільний пил залягає у трубопроводах й проміжних бункерах. Хоча млини продуваються нагрітим повітрям або гарячими продуктами згорання, тобто підсушують паливо до допустимої вологості пилу, сушильна продуктивність млинів у кожному конкретному випадку обмежена.

Камерними топками оснащені котлоагрегати ТЕС України паровидатністю до 960 т/год, за винятком котла блоку № 4 Старобешівської ТЕС на 670 т/год, реконструйованого із переведенням на спалювання антрациту й антрацитового шламу у ЦКШ.

Таблиця 2.1. Характеристика допустимої теплової напруженості топкового об’єму та мінімального об’єму топки для котлоагрегата БКЗ-7539

Вид топки	Паливо	qV, кВт/м3	Vтмін, м3
З твердим шлаковидаленням	Антрацит Пісне вугілля Кам’яне вугілля Буре вугілля Фрезерний торф	140 160 175 185 160	443 388 354 335 388
З рідким шлаковидаленням	Антрацит Пісне вугілля Кам’яне вугілля Буре вугілля	145 185 185 210	428 335 335 295
	Мазут Природний газ	290 350	215 177

Щодо вмісту сірки, викиди якої з димовими газами в оточуюче середовище зараз істотно обмежуються, то у перерахунку на горючу масу палива вирізняють низько(торф, біовідходи – до 5 кг/т), середньо(кам'яне вугілля і антрацит – 10–30 кг/т) та високосірчисте (усі види буровугільної продукції, шлами – більше 40 кг/т) паливо. При спалюванні у нерухомому шарі й у камерних топках викиди SO2 складають більше 4000 мг/нм3 при нормі викидів 3500 мг/нм3 для діючих котлів й 200 мг/нм3 для нових. Очевидно, що для топок камерних і з нерухомим шаром необхідна сіркоочистка димових газів. Для топок з киплячим і циркулюючим киплячим шаром 90% та більше сірки може зв'язуватися вапняком, що подається у топку.

Розподіл потоків і якість енергетичного вугілля, що поставляється, в Україні

У зв'язку з недостатніми інвестиціями у вугледобувну галузь і спрацюванням шахтного устаткування видобуток вугілля в Україні з 1990 до 1997 р. знизився від 164,8 до 74,5 млн. т. У даний час річний видобуток вугілля стабілізувався на рівні 76–83 млн. т.

Близько 53% загального об'єму (табл. 2.2) складає видобуток енергетичного вугілля – марок Д, ДГ, Г, П, А (вугілля марки Ж надходить в енергетику лише з Львівсько-Волинського басейну, з Донбасу – на коксування; дніпровське буре вугілля спалюється тільки на ТЕЦ м. Олександрія).

В умовах СРСР в ОЕС України пиловугільні енергоблоки ТЕС повинні були забезпечувати несення базового навантаження, а регулювання змінної частини добового графіка навантажень – газомазутові блоки ТЕС і ГЕС. Тому проектним діапазоном регулювання навантаження існуючих пиловугільних котлоагрегатів є 80–100%. Для цього діапазону встановлено, що максимальна зольність для спалювання без підсвічування складає: вугілля марок А, П – 25–27% (нижча теплота згорання не менше 5200 ккал/кг), вугілля марок Г, ДГ, Д – 27–30% (нижча теплота згорання не менше 4800 ккал/кг). На даний час ситуація істотно змінилася: близько половини виробництва електроенергії забезпечується енергоблоками АЕС, здатними нести тільки базове навантаження, можливості регулювання ГЕС і ГАЕС, зважаючи на недостатню потужність, обмежені, а газомазутні блоки ТЕС не забезпечуються природним газом. У цих умовах задачі регулювання навантаження покладаються значною мірою на пиловугільні блоки. У 2000–2007 рр. середнє навантаження пиловугільних блоків складало 70–75%, на практиці це означає зупинку частини блоків для проходження нічних провалів у графіку навантажень і періодичну роботу при навантаженні 60% та нижче. При такому навантаженні забезпечити можливість спалювання без підсвічування здатне зниження максимальної зольності: вугілля марок А, Т – до 21–23% (нижча теплота згорання не менше 5600 ккал/кг), вугілля марок Г, ДГ, Д – до 22–24% (нижча теплота згорання не менше 5200 ккал/кг).

З таблиці видно, що за середнім рівнем зольності рядове енергетичне вугілля не відповідає вимогам для пилоподібного спалювання на ТЕС, що викликає потребу збагачення. Вугілля на ТЕС надходить як рядове (клас Р, розмір частинок 0–200 мм) з шахт, так і зі збагачувальних фабрик (ЗФ). На ЗФ рядове вугілля сортують на класи крупності. Після ЗФ на ТЕС надходить вугілля, як правило, дрібних класів (0–6 мм, штиб – для антрацитів, 0–13, сім’ячко-штиб, або 0–25 мм – для кам'яного вугілля); крупні класи збагачують в важкорідинних сепараторах та відсаджувальних машинах до зольності менше 10% і за назвою «сортове вугілля» поставляють в металургію, коксохімію, комунальну та промислову енергетику, на комунально-побутові потреби. Через відбор крупних класів частка вугілля, що надходить на ТЕС, виявляється меншою, ніж частка енергетичного вугілля у загальному видобутку (мал. 2.4). Дрібні класи також збагачують (у відсаджувальних машинах й флотацією), проте не на всіх фабриках, тому з більшої частини ЗФ їх постачають на ТЕС у вигляді сухого відсіву, зольність якого близька до рядового вугілля. На фабриках практикують також постачання суміші сухого відсіву зі шламом або постачають на ТЕС окремо шлами (відходи змиву дріб’язку під час мокрого збагачення сортового вугілля) та промпродукти кам'яного вугілля із зольністю 37–45%. Виробнича потужність ЗФ відповідає значно більшому рівню видобутку вугілля, ніж нинішній: лише для енергетичного вугілля на сучасних фабриках, що спроможні збагатити дрібні класи, вона складає більше 45 млн. т на рік, тобто ці ЗФ мають великий запас потужностей.

Щоб зрозуміти розподіл потоків енергетичного вугілля, необхідно врахувати важливу технологічну особливість процесу їх збагачення. Річ у тому, що крупні класи збагачуються до значно меншої зольності, ніж класи, що містять дріб’язок, та з меншими втратами горючої маси з відходами (табл. 2.3).

Зважаючи на кращі технологічні властивості малозольного сортового вугілля, його питома ціна (в перерахунку на т у.п.), тим паче в натуральному вимірі, вища, ніж ціна вугілля, що містить дріб’язок та більш високозольні продукти.

Таблиця 2.2. Видобуток енергетичного вугілля підприємствами Мінвуглепрому у 2006 р.

Марка вугілля		Видобуток рядового вугілля, млн.т/рік	Зольність рядового вугілля Ad, %
Енергетичні	Д, ДГ, Г, Ж	21,940	42,3
	Т, А	23,447	35,5
	Б	0,313	22,8
	Всього	45,700	38,5
Коксівні	Всього	29,327	38,3
Всього вугілля		75,027	38,4

Мал. 2.4. Структура споживання вугілля в Україні у 2005 р.

З іншого боку, для пилоподібного спалювання на ТЕС сортове вугілля малопридатне: воно не містить дріб’язку і потребує підвищених питомих витрат на помел, а при зольності менше 10–12% умови їх камерного спалювання порушуються, оскільки безповоротно витрачається гарнісажне (утворене плівкою застиглого шлаку) теплозахисне покриття стін нижньої частини топки. Зрозуміло, що на ТЕС повинні постачатися збагачені штиби, сім’ячко-штиби та концентрат 0–100. Але оскільки витрати при їх збагаченні вищі, то їх постачання на ТЕС може бути налагоджене тільки за умови правильної цінової політики. До 2002 року в ціні концентрату дрібних класів витрати при збагаченні не враховувалися, в результаті їх постачання було невигідним для вугільних підприємств, і розподіл потоків енергетичного вугілля мав вигляд, як на малюнку 2.5, а:

• у перерахунку на умовне паливо із 25,5 млн. т у.п. видобутого енергетичного вугілля до ТЕС потрапляло менше 18 млн. т у.п., залишок постачався у вигляді сортового вугілля іншим споживачам (близько 5 млн.т у.п.) й відходів (більше 2,5 млн. т у.п.);

• абсолютна більшість енергетичного вугілля постачалась на ТЕС незбагаченою у вигляді високозольного рядового вугілля, відсіву, шламу, промпродукта.

Після введення у дію ДСТУ 4083–2002 «Вугілля кам'яне та антрацит для пилоподібного спалювання на теплових електростанціях. Технічні умови» вугільні потоки істотно перерозподілилися. Постачання на ТЕС рядового антрациту практично припинилося, кам'яного вугілля – значно скоротилося, при цьому їх зольність знизилася до 30%. Із видобутих в 2006 р. 45,4 млн. т енергетичного вугілля на ЗФ було збагачено 32,3 млн. т (мал. 2.5,б), при тому це перероблення вже не зводилося до відсіву дрібних класів для ТЕС. Вихід відсіву скоротився до 4,4 млн. т, його середня зольність знизилася до 32%. Збільшився вихід концентрату дрібних класів – до 11,0 млн. т, зольність дрібних класів, що збагатили, включаючи П 0–100, знизилася до 20–26%. За період 2003–2006 рр. середня зольність вугілля, що поставляється на ТЕС, знизилася до 24–26%, середня нижча теплота згорання підвищилася до 5150–5250 ккал/кг (мал. 2.6). У 2006 р. постачання вугілля на ТЕС у натуральному обчисленні не відрізнялося від 1997 р., але в умовному обчисленні за рахунок підвищення його якості підвищилося до 21 млн. т у.п., що дозволило частково компенсувати скорочення поставки на ТЕС природного газу.

Таблиця 2.3. Характерна зольність деяких продуктів збагачення енергетичного вугілля

Марка вугілля	Сорт, крупність, мм	Зольність Ad, %
А	АК 50-100	7,0
	АО 25-50	7,9
	АМ 13-25	8,4
	АС 6-13	10,7
	АШ 0-6 збагачений	19-22
	АШ 0-6 відсів	24-28
	А 0-100	24,8
Т	Т 0-100	21-22
Г	Г 13-100	17,4
	Г 0-100	19-24
	Г 0-13 концентрат	24-26
ДГ	ДГ 13-100	9,3
	ДГ 0-100	15-22
	ДГ 0-13 концентрат	22-26
	ДГ 0-13 відсів	25-31

 Мал. 2.5. Розподіл потоків енергетичного вугілля в Україні: а – у 1997 р.; б – у 2006 р., де Ad – зольність на суху масу, Qн – нижча теплота згоряння палива

 Мал. 2.6. .Динаміка середньої калорійності вугілля, що надійшло на ТЕС України

Умови паливозабезпечення комунальної та промислової теплоенергетики в Україні

Незважаючи на статус «малої енергетики», комунальні й промислові котли займають істотне місце в споживанні палива. Так, в Україні зараз експлуатуються більше 26 тис. комунальних котельних, в яких встановлено близько 65 тис. парових і водогрійних котлів різної потужності, різних конструкцій й ступенів зношеності. В основному це водогрійні котли з топкою нерухомого шару на колосникових решітках НИИСТУ-5 та «Універсал» тепловою потужністю до 1 МВт, парові котли ДКВР з топкою нерухомого шару на ланцюгових решітках тепловою потужністю до 16 МВт, водогрійні котли з камерною топкою типу КВГ, ТВГ, ПТВМ, КВГМ тепловою потужністю від 2 до 200 МВт. Окрім котлів перерахованих типів, декілька тисяч промислових котельних оснащено паровими котлами з камерними топками (БелКЗ та ін.) паропродуктивністю 35–75 т/год. Абсолютна більшість котлів, навіть спочатку спроектованих для спалювання твердого палива, до 2000 року була переведена на спалювання природного газу. Зараз лише комунальна енергетика споживає природного газу більше 25 млрд. м3 на рік. Швидке зростання ціни природного газу при його високому споживанні в нинішніх умовах викликає необхідність диверсифікації паливозабезпечення «малої енергетики» з переведенням частини котлів на спалювання вугілля, їх реконструкцією або повною заміною і залученням в паливну базу комунальної і промислової теплоенергетики місцевих і забалансових видів палива – бурого вугілля, торфу, шламів, сухих відходів вуглезбагачення, біовідходів.

У цілому це може дати «малій енергетиці» твердого палива до 6–9 млн. т у.п. на рік. Ще на 1–2 млн. т у.п. на рік можна розраховувати завдяки збільшенню випуску сортового енергетичного вугілля.

При цьому виникає потреба у великому об'ємі реконструкції і заміни котлів на сучасні, більш ефективні й екологічно чисті, зі зниженими вимогами до якості палива. На теплову потужність більше 40 МВт найбільш придатні серійні котли з факельною прямоточною або вихровою організацією процесу спалювання та котли з ЦКШ; 1–40 МВт – серійні зі щільним або з киплячим шаром; до 1 МВт – зі щільним нерухомим шаром і двозонним спалюванням.

З різних видів місцевого й забалансового палива можна рекомендувати:

• торф'яні та буровугільні брикети – для спалювання в нерухомому шарі;

• рядове вугілля, у тому числі буре – для спалювання в прямоточному і вихровому факелі з помелом, в ЦКШ і киплячому шарі – з подрібненням, в нерухомому шарі – з відсівом дріб’язку;

• вугільний дріб’язок – для спалювання в прямоточному і вихровому факелі з помелом, в ЦКШ – з подрібненням, в киплячому шарі – без подрібнення;

• шлами – для спалювання в прямоточному та вихровому факелі зі збагаченням, сушінням і помелом, в ЦКШ, киплячому та нерухомому шарі – з грудкуванням або грануляцією;

• крупні відходи деревини – для спалювання в киплячому шарі, ЦКШ або спеціальних топках;

• дрібні відходи деревини, біомасу – для спалювання у вихровому факелі з подрібненням, в киплячому шарі й ЦКШ – без подрібнення, в нерухомому шарі – з пакетуванням.

Умови паливозабезпечення ТЕС в Україні

Починаючи з 2003 року на ТЕС в результаті поліпшення якості вугілля, що поставляється, істотно скоротилося використовування природного газу на підсвічування. Особливо помітним це виявилося на ТЕС, спалюючих антрацит й пісне вугілля (табл. 2.4).

У 2007 р. ціна українського енергетичного вугілля була підвищена до 400–430 грн./т у.п., тобто практично до рівня середньосвітових цін. Одночасно введена прогресивна шкала знижок за якість, внаслідок чого зольність вугілля, що поставляється на ТЕС, знизилася до рівня (за марками): А – 22–23% (5650 ккал/кг), П – 23–25% (5600 ккал/кг), Г – 21–24% (5300 ккал/кг). Це забезпечило роботу пиловугільних енергоблоків в умовах зниження поставок природного газу до 1,2 млн. т у.п., або 5% в їх паливній базі, – рівень, що практично відповідає тільки потребам пусків блоків і виключає підсвічування.

З урахуванням витіснення природного газу можна прогнозувати збільшення річної потреби ТЕС України в твердому паливі з 18–21 млн. т у.п. у 2000–2006 рр. до 25–26 млн. т у.п. у 2010 р., що вимагає залучення забалансового палива і підвищення ефективності використання вугілля на ТЕС.

Використовування шламів і вуглецевмісних сухих відходів збагачення антрациту можливе як на нових ЦКШ-енергоблоках, так і на пиловугільних енергоблоках ТЕС. Проте, якщо останні вимагають збагачення відходів до прийнятного рівня зольності 24–28%, то для спалювання в ЦКШ шламам необхідна тільки сушка з огрудкуванням (агломерацією за рахунок власної глинистої компоненти), а сухим відходам антрациту – відсів дрібної фракції із зольністю нижче 50%.

Використання шламу як основного палива планується на блоці № 4 Старобешівської ТЕС, реконструйованого за технологією спалювання в ЦКШ.

Підвищення ефективності використання вугілля на ТЕС постає серйозним додатковим ресурсом.

У даний час в Україні питома витрата палива на відпуск електроенергії на ТЕС складає 390–420 г у.п./кВт·год, у той же час у світі в середньому – 290–330 г у.п./кВт·год, у Росії – 385–395 г у.п./кВт·год. Його зниження хоча б до 360–365 г у.п./кВт·год еквівалентне збільшенню поставок вугілля на 10–15%.

Таблиця 2.4. Структура паливної бази ТЕС України з блоками 300 МВт, спалюючих антрацит, пісне вугілля, за роками, % у.п.

ТЕС	2001 р.			2005 р.
	вугілля	газ	мазут	вугілля	газ	мазут
Зміївська	63,4	36	0,6	86,4	13,5	0,1
Придніпровська	71,8	26,9	1,3	77,4	21,4	1,2
Трипільська	69,4	29,2	1,4	80,3	19,6	0,1
Криворізька	68,1	30,9	0,9	81,4	18,2	0,4

У 2000 році у Китаї на ТЕС «Суйчжун» проектною потужністю 1600 МВт були введені в роботу два енергоблоки одиничною потужністю по 800 МВт на надкритичних параметрах пари. Ця ТЕС витрачає 320 г у.п./кВт·год, що є одним з кращих у світі показників. У перспективі зниженню цих показників сприятиме впровадження нових високоефективних технологій. Застосування сучасних технічних регламентів і стандартів також є важливим чинником підвищення якості енергетичної вугільної продукції.

Старобешівська ТЕС