Пеллеты: купля - продажа
| Здравствуйте, Гость! Пожалуйста Войдите в Вашу учетную запись или Зарегистрируйтесь для размещения объявлений |
Технологии совместного сжигания биомассы и угля в пылеугольных топкахПредставлен обзорный материал о состоянии технологий совместного сжигания биомассы и угля в США и развитых странах Европы. Сделано технико-экономическое обоснование внедрения и показаны экологические последствия этих технологий. Сделаны выводы относительно перспектив использования совместного сжигания биомассы и угля в Украине. Ключевые слова: совместное сжигание биомассы с углем, факельное сжигание, топка. Подано оглядовий матеріал про стан технологій спільного спалювання біомаси і вугілля в США та розвинутих країнах Європи. Зроблено техніко-економічне обгрунтування впровадження та показано економічні наслідки цих технологій. Зроблено висновки щодо перспектив використання спільного спалювання біомаси і вугілля в Україні. Ключові слова: спільне спалювання біомаси з вугіллям, факельне спалювання, топка. За последние 20 лет технология совместного факельного сжигания различных видов биомассы с углем достигла уровня промышленного внедрения в США и в некоторых странах Европы. В [1] приведены данные о количестве ТЭС в промыш-ленно развитых странах, на которых внедрена технология совместного сжигания биомассы и угля (ССБУ) в той или иной ее модификации. Несомненным лидером является США, где насчитывается больше 40 ТЭС, которые проводят ССБУ на базе разных технологий и оборудования. В 2000 г. электрогенерирующие компании США произвели около 7000-8000 МВт3 из биомассы, что составило около 1 % суммарной выработки электроэнергии в стране. Производство электроэнергии из биомассы существенно превышает суммарную выработку электроэнергии на ветровых и геотермальных электростанциях, (приблизительно по 2500 МВтэ) [2]. В США большое внимание уделяется разработке технологий ССБУ, а также факельному сжиганию их смесей, так как на угольных ТЭС вырабатывается около 56 % общего объема производства электроэнергии в стране, из них приблизительно 50 % в пылеугольных топках [3]. Несмотря на очевидные положительные последствия широкого внедрения рассмотренных технологий, очень сложно детально экономичес-КР1 их обосновать, поскольку расчет должен основываться на многочисленных экономико-статистических данных общегосударственного и регионального характера. В частности, необходимы сведения о наличии и стоимости биоресурсов, которые доступны для использования в энергетике данного региона, об инфраструктуре региона, используемой для сбора, хранения и транспортировки биомассы к месту ее утилизации, а также о стоимости этих операций. В США сформирована база данных, которая позволяет оценить перспективность использования биомассы в энергетике разных штатов. При разработке базы данных принимали во внимание не только соотношение стоимости угля и биомассы с учетом транспортных затрат, но также плату за сбрасывание излишка биомассы в отвалы промышленными предприятиями и производителями сельхозпродукции, которая очень высока в некоторых штатах (штат Нью-Йорк — 71, штат Нью-Джерси — 74, в среднем по стране — 36 долл./т) [4], что способствует привлечению потенциальных производителей излишков биомассы в проекты модернизации существующих ТЭС для утилизации биомассы. В работе [5] приведены результаты всестороннего анализа состояния энергогенерирую-щих предприятий США и их готовности использовать технологии ССБУ на фоне детального рассмотрения сопутствующих обстоятельств, включая анализ наличия доступной для переработки биомассы по видам, вопросы законодательных и финансовых инициатив федерального правительства и правительств штатов, а также представлена обширная база справочных данных по вышеупомянутым вопросам. В начале 1990-х гг. биоэнергетика США находилась на грани упадка по причине неоправданно высоких затрат на закупку биомассы вследствие прежде всего ненадлежащего развития инфраструктуры, что приводило к повышению затрат на сбор, хранение и транспортировку биомассы [5]. Отсутствие прозрачных обоснованных возможностей учета благоприятных экологических последствий при разработке нормативов для энергетики и рыночных стоимостных регуляторов имело отрицательные последствия, которые ощущаются и в настоящее время. Современные мероприятия, направленные на устранение отмеченных недостатков, привели к тому, что к 2000 г. суммарная установленная мощность биоэнергетических установок в США составляла около 11 ГВт при средней установленной мощности 20 МВт и максимальной 75 МВт. Наличие большого количества мелких станций с характерными низкими значениями КПД процесса трансформации биомассы в электроэнергию на уровне 20 % обусловило сравнительно высокую стоимость электроэнергии, произведенной на биоэнергетических установках (8~12 цент/кВтч). Дальнейшее повышение эффективности утилизации биомассы и соответствующее снижение стоимости вырабатываемой электроэнергии связывают с внедрением технологий совместного факельного сжигания биомассы с углем на современных мощных пылеугольных блоках ТЭС [5]. Краткосрочными планами по снижению стоимости электроэнергии, вырабатываемой из биомассы, предполагается довести суммарную установленную мощность установок совместного сжигания до 7,5 ГВт к 2010 г. и до 26 ГВт к 2020 г. Особое внимание в [5] уделено систематизации и анализу препятствий на пути широкого внедрения технологий ССБУ. Выделены следующие группы препятствий: а) технологические, в том числе отсутствие данных об оптимальных соотношениях биомас сы и угля для разных видов топлива. Отмечено влияние имеющихся в биомассе щелочных ме таллов и кальция на образование коррозион- но-активных отложений на поверхностях тепло обмена. Недостаточно полно проведены иссле дования экологических аспектов процесса сов местного сжигания низкореакционного угля с биомассой, которые отражают снижение кон центрации Ж)х в продуктах сгорания, однако в некоторых демонстрационных проектах это не нашло подтверждения и, кроме того, механизм такого снижения не выяснен, поэтому восполь зоваться в полной мере данным преимуществом не представляется возможным; б) ограниченность имеющейся для энерге- тического использования биомассы, ограниче ние логистики. Даже для условий США при на личии очень развитой инфраструктуры отмеча ется острая необходимость дальнейшего ее раз вития с целью существенного снижения конеч ной цены поставки биомассы энергогенерирую- щему предприятию, что позволит снизить цену электроэнергии на базе совместного сжигания до конкурентоспособного уровня; в) институциональные, к которым относятся следующие: регуляторные; финансовые; инфра структурные. Очевидно, что устранение этих пре пятствий полностью относится на счет законода тельной, налоговой, тарифной, кредитной и инве стиционной инициатив правительств от федераль ного до муниципального уровней. Положительным примером взаимного объединения технологических и экологических аспектов биоэнергетики с рыночными, тарифными, кредитными и налоговыми льготами, что позволяет существенно стимулировать развитие «зеленой» энергетики, являются законодательные инициативы правительства Великобритании [6]: последовательно принятые в 1990 г. «Обязательство о неископаемых топливах» ШИРО) и в 2002 г. «Обязательство о возобновляемых топливах» (КО). Основным положением этих документов было предоставление гарантий составления продолжительных контрактов закупки энергии, произведенной на основе биомассы, по экономически привлекательным ценам, что инициировало большинство биотопливных проектов, успешно работающих в настоящее время в Великобритании. Акт «Обязательство о возобновляемых топливах» значительно расширяет льготы, которые предоставляются лицензированным производителям электроэнергии из биотоплива, кроме того, устанавливает фиксированные квоты для лицензированных производителей энергии на изготовление электроэнергии из биомассы на сертифицированном генерирующем оборудовании. Невыполнение фиксированных квот изготовления «зеленой» энергии генерирующими компаниями тянет за собой применение так называемых выкупных платежей в размере 30,51 фунтов стерлингов за 1 МВт ч недопоставленной «зеленой» электроэнергии, законтрактованной в рамках NNFO. К сожалению, в Украине не разработана база данных, которая позволяет хотя бы приблизительно оценить наличие пригодной для утилизации биомассы различных видов в разных районах страны, наличие в районах адекватной инфраструктуры для сбора, хранения, переработки и транспортировки биомассы. Не разработаны даже приблизительные оценки стоимости биомассы, транспортных операций, сбора биомассы в отвалы и плата за выбросы метана от анаэробного разложения биомассы в отвалах. На правительственном уровне не разрабатываются институциональные мероприятия по оценке вредного влияния отвалов биомассы на окружающую среду, оценке перспективности снижения выбросов СО2, ИОХ, 5ОХ в связи с привлечением биомассы в топливный баланс страны. Природоохранные мероприятия носят бессистемный характер, не сформулированы механизмы поощрительного или запрещающего характера. Не введены налогово-кредитные льготы для предприятий, вырабатывающих «зеленую» энергию, подобные предусмотренным в государственных программах, принятых в промышленно развитых странах и некоторых странах Юго-Восточной Азии, которые демонстрируют в последнее десятилетие бурное развитие биоэнергетики [7]. В таких условиях очень проблематично ожидать сколько-нибудь заметное оживление в разработке и внедрении технологий генерирования электроэнергии из биомассы. В США не представляется возможным однозначно обосновать экономическую эффективность широкого внедрения технологий ССБУ на ТЭС, поскольку ожидаемый экономический эффект, который определяется соотношением между разностью стоимости биомассы и замещаемого ею угля и капитальными затратами на модернизацию парогенераторов и системы подачи топлива совокупно с дополнительными затратами на предыдущую переработку и подготовку биомассы к сжиганию очень мал, если есть вообще [2, 5]. В этих условиях плата за сброс биомассы в отвалы может служить мотивом, побуждающим к дальнейшему продвижению проектов ССБУ. Для повышения экономической эффективности внедрения технологий ССБУ в США изучается целесообразность рассматривать произведенную на угольных ТЭС электроэнергию из биомассы как «зеленую» энергию и установить соответствующие льготные тарифы на нее, кроме того, распространить на проекты ССБУ кредитно-на-логовые льготы, которые действуют относительно производителей «зеленой» энергии. Учитывая динамику, которая складывается на рынках энергоносителей, а также все более жесткое отношение общественности и правительства к вопросам экологии, следует ожидать разработку ряда законодательных документов по созданию рынка кредитов и квот на выбросы 5ОХ, МОХ, СС>2, а также квот на выделение СН/4 из отвалов биомассы. Продажа квот на выбросы ЗОХ в США является общепринятой практикой, аналогичное ожидается по отношению к КОХ и СО2- Данное обстоятельство будет дополнительным стимулирующим влиянием на разработку и внедрение технологий ССБУ, поскольку результаты многих демонстрационных проектов, тестов и промышленных испытаний свидетельствуют о положительных экологических последствиях их внедрения. Таким образом, в результате внедрения технологий ССБУ на ТЭС можно вполне обоснованно рассчитывать на благоприятные последствия: а) снижение цены на приобретение топлива (в среднем в США стоимость биотоплива почти на 20 % ниже стоимости угля); диверсификация рынка энергоносителей, вовлечение возобновляемых ресурсов в энергетический баланс, повышение энергонезависимости страны; б) снижение выбросов оксидов серы и азота; в) уменьшение сброса биомассы в отвалы; г) снижение выбросов парниковых газов непосредственно парогенераторами и вследствие разложения биомассы в отвалах (СН4 приблизительно в 21 раз больше усиливает парниковый эффект, чем СО2); д) использование местного биотоплива, что позволит снизить транспортные затраты. Несмотря на невозможность представить все преимущества внедрения технологий ССБУ как статьи экономического баланса, в [4] приведены данные расчета экономического эффекта и срока окупаемости проектов внедрения технологий ССБУ на некоторых федеральных парогенераторах, для которых соотношение стоимости угля и биомассы и величина затрат на реконструкцию парогенераторов определяют положительную экономическую эффективность внедрения ССБУ. Как видно из табл.1, срок окупаемости проектов варьируется в широких пределах и составляет от 0,8 до 5,3 года в зависимости от типа парогенератора и индивидуальных для каждой станции факторов. В табл.2 приведено влияние ССБУ на окружающую среду на примере находящихся в эксплуатации установок небольшой и средней мощности. К числу индивидуальных для конкретного проекта факторов относятся: а) тип парогенератора (топки с механическим забрасывателем, колосниковой решеткой, пылеугольные топки, циклонные и т.д.), который обусловливает энергетическую эффективность процесса генерирования энергии, определяет требования к системе подготовки и подачи биомассы; б) наличие и цена биомассы, стоимость и тип угля, которые сжигаются на данной станции и, кроме прямых затрат на топливо, определяют кредиты за снижение выбросов оксидов серы; в) действующая в данной местности плата за сброс биомассы в отвалы. Согласно принятой в [8] классификации, технологию ССБУ можно подразделить на: а) сжигание в слое (неподвижные и подвижные решетки, топки с колосниковой решеткой и т.д.); б) сжигание в псевдоожиженном слое в разнообразных его модификациях; в) совместное факельное сжигание биомассы с углем. В 2003 г. правительство Великобритании опубликовало доклад «Белые страницы энергетики», в котором приведен список из 14 станций, генерирующих электроэнергию из биомассы (отходы деревообработки и животноводства), с установленной мощностью 160 МВтэ и 28 станций, на которых применяется совместное сжигание биомассы с ископаемыми топливами, в том числе 17 крупных пылеугольных станций. В нем приведены следующие контрольные цифры: снизить выбросы углерода на 60 % до 2050 г., довести установленную мощность на биоустановках до 870 МВтэ, при этом довести выработку электроэнергии из биомассы до 6 % в общем балансе энергии до 2020 г. и до 9-11 % до 2050 г. Масштабы биоэнергетики США, в частности, перечень демонстрационных проектов совместного факельного сжигания биомассы и угля детально проанализированы в [9]. Как видно из табл.3, демонстрационные проекты были проведены на всех типах пылеугольных топок при мощности блоков 32-469 МВт3. Детально проанализированы также результаты испытаний блоков с разными типами слоевых топок и топок с псевдоожиженным слоем.  Схема подачи и подготовки для сжигания биомассы на электростанции: 1 — транспортировка древесной биомассы и ее подача на склад; 2 — конвейер; 3 — магнитный сепаратор; 4 — металлодетектор; 5 — дисковый грохот; б, 11 — весы; 7 — мельница; 8 — вращающийся питатель с воздушным замком; 9 — сепаратор; 10 — силос биомассы со шнековым питателем; 12 — воздуходувка пневмоподачи; 13 — горелка биомассы; 14— котел; 15 — существующая пылеугольная горелка. Большое количество параметрических испытаний ССБУ на действующих парогенераторах позволили установить оптимальные размеры размола биомассы для сжигания в топках разных типов. Так, для ССБУ в пылеугольных топках рекомендуется измельчать биомассу до размера менее 1/4 дюйма (около 6 мм), для топок с механическими забрасывателями и подвижными решетками — 3 дюйма (75 мм), циклонных — 1/2 дюйма (12,5 мм). Одна из существующих на ТЭС схем подготовки биомассы к сжиганию приведена на рисунке. Возможно, что высокие требования к степени измельчения биомассы для ее сжигания в пылеугольных топках обусловливают значительные капиталовложения на систему подготовки и подачи биомассы, а также высокие эксплуатационные затраты. Однако эти затраты окупаются за счет более высокой энергетической эффективности генерирования энергии на пылеугольных ТЭС (см. табл.1). Рассмотренные в статье существующие в США и Европе демонстрационные проекты по внедрению технологий ССБУ на действующих станциях свидетельствуют о перспективности данных технологий. Подтверждается заметное уменьшение вредных выбросов с дымовыми газами, но такое уменьшение регистрировалось не на всех станциях, кроме того, механизм уменьшения концентрации NOX не выяснен. Подтверждена наивысшая энергетическая эффективность технологии факельного ССБУ, поскольку она позволяет обеспечить наивысшее тепловое напряжение топочного объема, следовательно, именно в этом случае следует ожидать наименьшей стоимости произведенной электроэнергии. Почти все демонстрационные проекты проводились с применением высокореакционного угля с выходом летучих не меньше 18-24 %, а в некоторых случаях до 42 %. При этом индивидуальное горение только угля отличается стабильностью и не требует подсвечивания факела дополнительным топливом. Для широкого промышленного внедрения разных технологий ССБУ в Украине необходимо: а) иметь экономико-статистические данные о наличии и стоимости биоресурсов каждого региона для энергетического использования; б) разработать законодательную базу для стимулирования развития биоэнергетики; в) детально исследовать технологии, которые позволят эффективно совместно сжигать отечественную биомассу и энергетический уголь украинских залежей.
Источник: Пожалуйста Войдите в Вашу учетную запись или зарегистрируйтесь для просмотра контактной информации ! |
