К парогазовой модернизации Жезказганской ТЭЦ

Алматинский институт энергетики и связи К ПАРОГАЗОВОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ЖЕЗКАЗГАНСКОЙ ТЭЦ Д. Ж. Темирбаев К.А. Токиров.

Аннотация

Рассматриваются основные исходные предпосылки повышения экономичности и экологичности ТЭС на примере разработки тепловой схемы парогазовой модернизации ЖТЭЦ с газификацией угля.

Известно, что перевооружение всех типов ТЭС на угле и газе экономически более эффективно, чем сооружение новых ТЭС соответствующего типа, причем как перевооружение действующих, так и сооружение новых ТЭС в Казахстане находятся в прямой зависимости от успешного процесса газификации угля 1, 2. Это обусловленно тем, что газовое и жидкое топливо значительно дороже, чем уголь природных запасов угля в мире, в т. ч. в Казахстане значительно больше, чем газа и нефти; к тому же, если газ и нефть — ценное технологическое сырье, то газификация позволяет широко использовать низкосортные угли как в энергетике, так и в промышленной теплотехнике: кроме того, цены на газ и нефть — не устойчивы, да их поставка потребителю зависит от коньюктуры, тогда как местные временные залежи угля есть в каждом регионе Казахстана. Наряду с этим ретроспективным анализом следует заметить, что имеются значительные потенциальные возможности использования эффективных методов перевооружения ТЭС [3] доклад Д. Ж. Темирбаева в заказных материалах данной НТК. Так, простое решение сложнейшей задачи о газификации угля, от которого зависит, быть может, стратегия всей перестройки структуры энергетики Казахстана, заключается в максимальным использовании установленных оборудований, например, отдельных парогенераторов в качестве газогенераторов. Оно буквально следует из следующих известных понятий самой газификации.

Газификация — термохимический процесс переработки твердого топлива путем присоединения к нему кислорода для превращения топлива в горючий газ, предназначенный для последующего сжигания или использования в технологических целях. В основе газификации лежит либо неполное горение топлива, либо полное горение с последующим реагированием углерода с углекислотой.

С + СО₂ = 2СО.

— это восстановительная реакция по существу является окислительной по отношению к углероду) и водяным паром.

С + Н₂О = Н₂ + СО целью получения горючих газов (СО, Н₂ и др.). Последние реакции — эндотермические. При некотором избытке кислорода газификация переходит в процесс сжигания с интенсивным выделением тепла (экзотермические реакции). Автономной газификацией будет горение с нулевым результирующим тепловым эффектом. Однако, теплота, затрачиваемая на термическую подготовку топлива к сжиганию и газификации, тепловые потери в окружающую среду, а также теплота охлаждения стенок газификатора, отводимой на ПСУ, итехнологической присадки пара для экологичной газификации предопределяют значительное превышение теплоты экзотермических реакций над теплотой эндотермических реакций. На основании изложенной сущности газификации, а также с целью значительного уменьшения объема реконструкции, связанных с перевооружением, например, ЖТЭЦ, для подготовки тепловой схемы ПГУ к предварительному испытанию следует переводить в факельный режим газификации любой котел (БКЗ-220, ТП-10 или ТП-13Б производительностью по 220 т/г пара). Смена режима горения со сжигания топлива в его газификацию может быть реализована, например, путем постепенного уменьшения расхода вторичного воздуха в горелках или, в общем случае, в их верхних ярусах в зависимости от компоновки, схем подвода воздуха и необходимой присадки водяного пара в зону газификации. При станционных испытаниях каждый этап смены режима должен сопровождаться необходимыми замерами и оценками экономических показателей с целью определения параметров наиболее эффективной работы ПГУ. Предварительно проводится теплотехнический расчет общего случая — неполного горения, строятся зависимости производительности генераторного газа, его теплотворной способности и т. п. в зависимости от значения коэффициента избытка воздуха, определяются мощности ГТУ и ПСУ и выбирается их рациональное соотношение. Затем расчет принципиальной тепловой схемы парогазовой станции детализируется и превращается в расчет полной тепловой схемы модернизируемой парогазовой станции и делается выбор необходимого оборудования.

Снижение концентраций вредных газовых (NО_x, SO₂) и твердых выбросов до уровня санитарных требований достигается за счет организации ступенчатого сжигания, восстановительных реакций, ввода водяного пара, известняка и удаления твердого осадка (сульфата кальция, золы) из газификатора. Таким образом, получается высокопотенциальное топливо и достигается экологически чистое сжигание.

Такая модернизация ЖТЭЦ (с газификацией Шубаркольского угля, месторождение которого расположено в 120 км от железной дороги Жезказган-Караганда), как показывает предварительная оценка, позволяет увеличить значение абсолютного КПД до 50%. Капитальные затраты незначительны. Они сводятся к отключению котла-газификатора от дымовой трубы и подключению к системе газоочистки, компрессии генераторного газа, его подводу к камере сгорания вновь установленной ГТУ, переключению паропровода на более низкие ступени паровой турбины, установке систем удаления осадков из газификатора, впрыска пара, отмыва СО ₂ водой из генераторного газа и т. п. Срок окупаемости ее составляет примерно два года.

КПД парогазовой ЖТЭЦ может быть дополнительно увеличена рядом других высокоэффективных методов перевооружения ТЭУ [3]. Заметим, что Шубаркольский уголь был предложен для рассмотрения проф. Утегуловым Н. И. с учетом его предпочтительного расположения в центральной части Казахстана. Это важно и для Алматинской области, не имеющей в настоящее время местных энергетических ресурсов.

Безусловно, изложенное представляет собой скромные результаты простейшего анализа исключительно сложной проблемы организации рационального энергосбережения и охраны окружающей среды. Только разработка эффективного газификатора требует детального изучения процессов газификации например, с газификацией угля под давлением и др. с учетом кинетики реакций гидрогенерации, синтеза и конверсии, например, метана; сепарации частиц различного назначения кокса, золы и др. с целью описания и использования для оптимальной инженерной их организации и управления. газификация уголь парогазовый теплотворный.

• 1. Дукенбаев К. Д. Энергетика Казахстана и пути ее интеграции в мировую энергетику. — Алматы, 1996.-530 с.
• 2. Утегулов Н. И. О создании целесообразной системы энергосбережения нефтегазоносной северной зоны Западного Казахстана Проблемы реформирования рынка электрической энергии. — Алматы: АИЭС — KEGOK, 1998. с. 38−43.
• 3. Темирбаев Д. Ж. Высокоэффективные методы перевооружения ТЭУ//. Заказные материалы данной НТК.
• 4. Темирбаев Д. Ж. Теплотехника топливо-и экосбережения на каз. яз. — Алматы: АИЭС, 1998. — 93с.