Введение

Канско-Ачинский бассейн (КАбасс) является крупнейшим буроугольным бассейном мира. Его общие геологические запасы, подсчитанные до глубины 600 м, составляют 600 млрд. т. Из них пригодны для добычи открытым способом 140 млрд. т, что составляетболее 70 % от общероссийских запасов углей открытой разработки.

В бассейне предусмотрена закладка новых сверхмощных угольных резервов. Повышение эффективности использования углей КАбасса в энергетике как основном потребителе становится особенно актуальным.

В настоящее время энергетическое использование канско-ачинских углей (КАУ) на тепловых электростанциях выдвигает одновременно несколько задач, решить которые необходимо в ближайшее время.

Прежде всего к ним следует отнести проблему загрязнения и шлакования котлоагрегатов, что обусловлено специфическим составом минеральной части канско-ачинских углей. Для решения этой проблемы в свое время было предложено на некоторых ТЭС провести довольно дорогую реконструкцию топочных камер котлоагрегатов с переводом их на жидкое шлакоудаление. На реконструированных котлах снизилась скорость роста прочносвязанных отложений на высокотемпературных поверхностях нагрева, но одновременно возросла их прочность и значительно увеличилась концентрация оксидов азота в дымовых газах. К настоящему времени различными организациями проведено огромное количество исследований по изучению механизма образования и упрочнения натрубных отложений при сжигании углей. Однако отсутствуют работы по обобщению и практическому применению результатов этих исследований. До настоящего времени не находят применения в энергетике так называемые сажистые угли, превратившиеся в результате сильного окислительного выветривания в рыхлую бесструктурную массу. Весь уголь, лежащий ниже сажистого, считается плотным неокисленным. Сейчас он используется на тепловых электростанциях и намечен для энергетических целей в будущем по всем месторождениям КАбасса. Для каменных углей имеются данные, свидетельствующие о том, что между слоем сажистого и рядового существует значительная по мощности переходная зона угля разной степени окисленности. Использование углей этой зоны совместно с рядовыми углями под общим названием «товарные канско-ачинские угли» является одной из причин ненадежной работы энергеческих котлов.

До сих пор не решена проблема существенного снижения вредных газовых выбросов с уходящими дымовыми газами на ТЭС. Используемые пассивные способы подавления вредных веществ в дымовых газах достаточно эффективны, но слишком дороги. Так, согласно опубликованным данным, при 50 %-ном снижении в дымовых газах оксидов серы и азота затраты составляют более 100 долларов на 1 кВт установленной мощности ТЭС, а при 75 %-ной очистке затраты возрастают до 200 долларов.

Наряду с пассивными методами в мире разработаны различные активные способы решения экологических проблем традиционной энергетики. К ним следует отнести: рециркуляцию дымовых газов, ступенчатое сжигание, специальные горелочные устройства, подачу аммиака и водяных паров в зону горения, вихревой способ сжигания и т. д.

Необходимо отметить, что ни один из известных активных способов одновременно существенно не решает даже две из вышеназванных проблем (шлакование и загрязнение поверхностей нагрева котлов и снижение вредных выбросов), не говоря уже о проблеме вовлечения в топливно-энергетический баланс России забалансовых углей КАбасса.

В настоящее время остро стоит проблема замены мазута при растопке и подсветке факела топочных камер котельных агрегатов углями Канско-Ачинского бассейна, стоимость которых более чем на порядок ниже стоимости жидкого топлива.

Ключевыми моментами современного этапа развития теплоэнергетики является энергосбережение и экологический аспект.

В связи с этим возникает необходимость проведения исследований, направленных на совершенствования технологии энергетического использования углей Канско-Ачинского бассейна на тепловых электростанциях (ТЭС), позволяющих разработать научно обоснованные технические решения, обеспечивающие надежность, экономичность и экологическую безопасность работы котельного оборудования энергетических систем и комплексов, внедрение которых в наибольшей степени позволило бы решить все вышеуказанные проблемы одновременно.

Кроме этого, следует обратить внимание на совершенствование научно-методологического подхода к системной оценке новых эффективных технологий.

Результаты, изложенные в данной монографии, могут быть использованы при проектировании теплоэнергетического оборудования электростанций, работающих не только на углях Канско-Ачинского бассейна, но и на других твердых топливах.

С методической точки зрения материал книги представляет интерес для аспирантов и студентов энергетических факультетов вузов при изучении курсов «Парогенераторы», «Теплогенерирующие установки» и «Экологически безопасные технологии в энергетике».

Автор выражает огромную благодарность и глубокую признательность всем сотрудникам кафедры «Тепловые электрические станции» и лаборатории «Термическая подготовка углей» Политехнического института Сибирского федерального университета (ПИ СФУ), принимавшим активное участие в проведении исследований, изложенных в книге.