А. П. БУРДУКОВ, В. И. ПОПОВ, 
В. А. ФАЛЕЕВ, Г. В. ЧЕРНОВА, 
В. Д. ФЕДОСЕНКО, 
(Институт теплофизики СО РАН), 
В. Н. ЧУРАШЕВ (Институт экономики и организации
промышленного производства СО РАН)

В связи с окончанием «газовой паузы» и тенденциями перехода к более глубокой переработке нефтей увеличивается доля потребления угля в теплоэнергетике. Поэтому вопрос о развитии новых энергоэффективных технологий сжигания углей в «большой» и «малой» энергетике является актуальным.

Существовавший в стране перекос цен на энергоресурсы (дешевый газ) затормозил освоение эффективного энергооборудования на твердом топливе с высокими технико-экономическими и экологическими параметрами, которые во всем мире признаны перспективными. Как следствие, в этом направлении Россия существенно отстала от развитых стран

Несмотря на намечаемый Энергетической стратегией России относительно быстрый рост добычи природного газа в восточных районах страны, создание разветвленной газовой инфраструктуры в силу громадной территории и малой плотности потребления топлива является экономически нецелесообразным, и потому множество потребителей, расположенных вне зоны газопроводов, по-прежнему будут ориентироваться на жидкое и твердое топливо.

«БОЛЬШАЯ» ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

В «большой» теплоэнергетике восточных регионов страны доминирует уголь. Подавляющая часть потребления топлива на тепловых электростанциях (ТЭС) приходится на угольные энергоблоки: в настоящее время в Сибири 85,1%, а к 2020 г. - 87%.

Таблица 1. Коммерческая эффективность проектов «Замещение мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола»

Высокие цены на мазут и проблемы его хранения и эксплуатации на тепловых станциях, особенно в зимнее время, привели к тому, что его доля для розжига и стабилизации горения пылеугольного факела на угольных котлах энергосистем продолжает сокращаться за счет применения различных способов его замещения. Однако для многих ТЭС проблема его замещения еще остается актуальной.

Одной из энергоэффективных технологий замещения мазута может быть рассматриваемая новая безмазутная система розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола до 15 -20 мкм.

Технологическая сторона новой безмазутной технологии экспериментально обоснована, а машиностроительными предприятиями может быть изготовлено оборудование - мельницы ультратонкого помола и дополнительное оборудование для подвода и сжигания угля. Экономическая эффективность новой безмазутной технологии определяется разницей между экономией от замещения дорогого мазута более дешевым углем (мазут дороже угля в 5 -7 раз) и производимыми дополнительными затратами на внедрение новой технологии (стоимость подготовки ультратонкого помола угля и дополнительного оборудования подвода и сжигания).

Проведены расчеты по обоснованию технико-экономической эффективности по четырем проектам замещения мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котлах марок БКЗ-210 и БКЗ-420 на тепловых электростанциях сибирских энергосистем с учетом конкретных экономических условий.

1. Проект «Замещение мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котле БКЗ-210 Барнаульской ТЭЦ-2 ОАО «Алтайэнерго»».
2. Проект «Замещение мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котле БКЗ-420 Барнаульской ТЭЦ-3 ОАО «Алтайэнерго»».
3. Проект «Замещение мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котле БКЗ-420 Усть-Илимской ТЭЦ ОАО «Иркутскэнерго»».
4. Проект «Замещение мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котле БКЗ-210 Читинской ТЭЦ-1 ОАО «Читаэнерго»».

Расчеты проводились с использованием справочной и методической литературы. Ниже приведена коммерческая эффективность проектов за 10 лет эксплуатации (табл. 1).

Проведенные расчеты показали экономическую эффективность применения новой технологии.

1. Проект 1. Устойчивый при допускаемых по методическим указаниям отклонениях экономических показателей.
2. Проект 2. Коммерчески привлекательный и устойчивый при допускаемых изменениях экономических показателей.
3. Проект 3. Удается получить положительное значение ЧДД. Чувствителен к изменению исходных параметров. Проект имеет положительное значение ЧДД при уменьшении стоимости мазута не более чем на 7%, увеличении КВ не более чем на 17% и увеличении ставки дисконта не более чем на 22%.
4. Проект 4. Удается получить положительное значение ЧДД. В принципе, экономически эффективен.

Положительным фактором для всех проектов является то, что на станциях установлено по нескольку котлов этой марки, что при более тщательном экономическом анализе позволяет ожидать снижения общестанционных расходов и улучшения финансовых показателей проекта.

Полученные результаты являются предпосылкой для продвижения в «большой» энергетике разрабатываемой новой безмазутной технологии розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультрадисперсного помола на рынок энергетических технологий.

«МАЛАЯ» ЭНЕРГЕТИКА

В связи с большой разницей цен жидкого (в особенности дизельного топлива) и твердого топлива существуют экономические предпосылки перевода котельных с дорогостоящего жидкого топлива на уголь ультратонкого помола. Раннее в северных районах Саха (Якутия) наблюдался активный переход на котельных на нефтяное топливо (дизельное и мазут). Однако в настоящее время активно идет обратный процесс: из-за дороговизны жидкого топлива остро встал вопрос о переводе котельных на местные угли (тихонские, зыряновские и др.). Также и в регионах Восточной Сибири очень остро встал вопрос о замещении жидкого топлива. А альтернативой замещения мазута может быть только уголь.

Очевидно, что переход в «малой» теплоэнергетике с мазута на уголь не должен означать возвращения к традиционным технологиям сжигания угля. Известно, что действующие угольные котлы уступают мазутным по надежности и энергетической эффективности. Даже по паспорту КПД угольных котлов составляет 70-75% против 85% мазутных котлов. Кроме того, действующие угольные котлы характеризуются высокими выбросами в окружающую среду вредных веществ, в первую очередь золы. Поэтому перевод мазутных котельных на угольное топливо должен базироваться на освоении экологически совершенного энергетического оборудования. Наиболее перспективным для решения этой задачи представляется использование технологии ультратонкого помола угля. Внедрение технологии ультратонкого помола угля на мазутных котельных малой мощности требует небольших затрат на ее реализацию, включая создание дополнительного оборудования, и при этом позволяет с сохранением высокого КПД котла использовать дешевые угли. Энергоэффективность определяется из сопоставления существующих затрат на мазутной котельной (текущие затраты) и затрат при переводе ее на сжигание угля ультратонкого помола (текущие затраты и постоянные на дополнительное оборудование подвода и сжигания угля ультратонкого помола).

Технико-экономические обоснования по переводу всех существующих мазутных котельных на уголь ультратонкого помола в целом для регионов Восточной Сибири и Якутии не могут быть сделаны из-за отсутствия информации по парку мазутных котельных (мощность, к.п.д., число часов работы, объемы потребления мазута и др.). Экспертно принимая, что 15% объема используемого жидкого топлива расходуется на котлах от 1 до 10 МВт, расчеты были сделаны по усредненным данным применительно к котлу мощностью 5 МВт. Это заведомо нижняя граница возможного высвобождения мазута на котельных малой мощности. Для этого диапазона и были проведены расчеты.

В таблице 2 приведена региональная эффективность замещения жидкого топлива на котельных углем ультратонкого помола: годовая экономия текущих затрат и чистый дисконтированный доход для пятилетнего периода реализации проектов. Как видно, наибольшее значение величины чистого дисконтированного дохода можно ожидать в Иркутской области (от 176,1 до 180,8 млн руб), а наименьшего - в Республике Бурятия (от 7,8 до 9,5 млн руб). Из сопоставления показателей эффективности замещения для различных углей видно, что в зависимости от складывающихся соотношений цен и качественных характеристик по районам Восточной Сибири имеют хорошие значения как бурые, так и каменные угли. В общем же, вырисовывается преимущество канско-ачинских углей, что объясняется их относительно низкой ценой.

Таблица 2. Региональная эффективность замещения жидкого топлива на котельных углем ультратонкого помола.

ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований можно сделать следующие заключения:

1. Исследуемые угли имеют приемлемые теплотехнические свойства и помольные характеристики для их сжигания в условиях ультратонкого помола, термической и газовой активации.
2. При розжиге котлов углями ультратонкого помола кроме плазменной активации возможно использовать более простую в обращении газовую (пропан-бутановую) активацию в вихревой форкамере предтопка.
3. Устойчивый автотермический (без постоянной подсветки) режим горения исследуемых углей ультратонкого помола в предтопке наступает при температуре сухого шлакоудаления после нескольких минут газовой активации.
4. В результате автотермического сжигания исследуемые угли выходят на приемлемые экологические показатели по вредным выбросам.
5. Сжигание исследуемых топлив в малых камерах мазутных котлов (при переводе их на пылеугольные топлива) целесообразно проводить с предтопком по схеме ультратонкого помола, термо- и газоподготовки, позволяющих управлять интенсивностью горения и длиной факела.
6. Интенсивность горения, экологические показатели и размеры факела определяются круткой топливной аэросмеси в форкамере предтопка, а также соответствующими пропорциями расходов первичного (частичная газификация при недостатке О2 воздуха) и дожигающего вторичного (в конце предтопка) воздуха.
7. Проведенные расчеты по обоснованию технико-экономической эффективности замещения мазутной технологии новой безмазутной технологией розжига и стабилизации горения пылеугольного факела с использованием углей ультратонкого помола на котлах марок БКЗ-210 и БКЗ-420 на ряде тепловых электростанций сибирских энергосистем с учетом конкретных экономических условий указывают на коммерческую привлекательность проектов.
8. Экономически эффективным для восточных регионов России является перевод мазутных котельных и котельных, работающих на жидком топливе, на угли ультратонкого помола. Необходимое энергетическое, пылегазо-очистительное и диагностическое оборудование для рентабельного перевода котлов на более дешевое пылеугольное топливо месторождений Якутии и Восточной Сибири существует.