Экологические проблемы производства энергии Проблема теплового загрязнения Экологические проблемы тепловой энергетики Экологические проблемы ядерной энергетики Альтернативный источник энергии

[an error occurred while processing this directive]

Внутрицикловая газификация топлива

 Получение из твердого топлива горючего газа технологически включенное в термодинамический цикл производства электроэнергии, тепла или другого продукта или их совокупности есть внутрицикловая газификация. Такое технологическое совмещение газификации с производством электроэнергии, тепла или другого продукта позволяет использовать не только генераторный газ, как, например, при производстве газа на автономном заводе с транспортом его на электростанции. Кроме этого возможно использование физического тепла получаемого газа (до 25% теплоты сгорания исходного угля [65]), использование газа в газовой турбине, использование для газификации отработавшего в паровой турбине пара. Главным достоинством внутрицикловой газификации является снижение вредного экологического воздействия на атмосферу по сравнению с прямым сжиганием твердого топлива [61, 87, 129, 135, 140].

 В основе технологии газификации лежит свойство термодеструкции (пиролиза) измельченного топлива, когда частицы угля под воздействием температуры превращаются в парогазовую смесь в основном состоящую из СО и Н2.

Известны разные способы газификации углей.

 Метод Лурги [1, 9, 62, 63,140] - заключается в газификации кускового и зернистого топлива в стационарном слое на парокислородном или паро-воздушном дутье под давлением 2...3,5 МПа. Недостатками метода являются забалластирование получаемого газа смолами и сточной воды фенолом и низкая интенсивность газификации (2000...2500 кг/м2×ч). Правда, при высокотемпературной газификации кускового топлива (d>6 мм) с жидким шлакоудалением и вдуванием уноса обратно в слой может быть достигнута интенсивность 6000 кг/м2×ч (горновой газогенератор ВТИ им. Дзержинского, метод Бритиш-Гэс-Лурги, Англия) [1].

 Метод Винклера - заключается в газификации мелкозернистого угля в кипящем слое при атмосферном давлении на парокислородном или паро-воздушном дутье. Газификаторы этого типа осваиваются фирмами Дженерал-Электрик, Бабкок-Вилкокс в США [1, 90]. Метод характеризуется улучшенным тепло- и массообменом и отсутствием в газе смол, но обладает ограниченной интенсивностью (около 2500...3000 кг/м2×ч), которая обусловлена гидродинамикой кипящего слоя, повышенным уносом пылевидного топлива, большим содержанием углерода в шлаках, чувствительностью слоя к режимам (для обеспечения устойчивости слоя, необходимо изменять давление в нем при изменении нагрузки), высокими требованиями к фракционному составу топлива.

 Процесс Копперс-Тотцека - это газификация пылевидного угля при атмосферном давлении на парокислородном дутье. Для процесса характерна невысокая интенсивность из-за конструктивных ограничений (газификаторы горизонтального типа) [1, 9, 61]. Интенсивность процесса составляет 5000...7000 кг/м2×ч (в газогенераторах Вестингауз, Вестингауз Электрик Корпорейшн, США [1]), при этом в газе нет смолистых веществ и в воде нет фенолов (как есть в газификаторах Лурги).

 В методе Тексако (ТЭС с ПГУ Cool Water, США) [1, 9] газифицируется водо-угольная суспензия, на парокислородном дутье под давлением 4,2 МПа в факеле. Этот способ позволяет уменьшить содержание в дымовых газах окислов серы в 5 раз, а окислов азота в 10 раз по сравнению с прямым сжиганием угля, но обладает рядом недостатков: генерация пара в реакционной зоне генератора ведет к снижению тепловой экономичности ПГУ; большое теплопотребление в реакционной зоне из-за испарения воды делает необходимым применение кислородного дутья для обеспечения температурного уровня газификации, и на производство кислорода требуется до 18% от полной мощности ПГУ.

 Кроме вышеперечисленных в Швеции (фирма СКФ-Стил), США (НАСА, Минесотский технологический институт, фирма Вестингауз), Германии (концерн Динамит Нобель), Франции (Лиможский университет, фирма Электрик де Франс), Японии, КНР, Канаде и в других странах ведутся активные исследования в области плазменных технологий газификации угля [65, 90, 129].

В целом, их недостатками являются большие затраты электроэнергии на собственные нужды, конструктивная и эксплуатационная сложность плазмотронов и реакторов, отсутствие опыта проектирования и эксплуатации реакторов больших мощностей. Несомненные достоинства - это снижение вредных выбросов в 5...11 раз и больше (по сравнению с прямым сжиганием угля) и независимость от качественного состава угля. Однако, все такого рода установки находятся на стадии опытно-промышленных исследований.

 Обобщая вышеперечисленные наиболее известные способы газификации можно утверждать, что экологические, экономические и технологические характеристики их неравноценны. По уровню освоенности в промышленности предпочтительнее выглядят газификаторы Лурги и Винклера, однако низкая интенсивность процесса газификации в них (2000...3000 кг/м2×ч) затрудняет их применение в “большой” энергетике, с другой стороны - уровень отработанности других процессов еще невысок. В целом, все газификаторы (применительно к энергетике) отличаются дороговизной, технологической (конструктивной и эксплуатационной) сложностью и, в связи с невысоким уровнем освоенности промышленностью и отсутствием достаточного опыта эксплуатации, невысокой надежностью.

В нашем столетии первыми обратили внимание на пагубное действие кислотных дождей жители Скандинавских стран; в реках и озерах изменился видовой состав рыб, гибли лосось и форель. Рыбаки за сезон не могли поймать ни одного хариуса там, где недавно он был в изобилии. Снег в горах стал серого цвета. Деревья раньше времени сбрасывали листву. Те же симптомы вскоре появились в США, Канаде, Западной Европе. Все названные процессы происходили вдали от городов и промышленных центров. Понадобились годы исследований, чтобы понять сущность и причины этих явлений, осознать масштабы надвигающейся опасности, выработать пути борьбы с этой грозной глобальной проблемой.

Современная проблема, связанная с кислотными дождями, охватила множество стран, перешагнула через океаны, стала настоящим «бичом для всего человечества».

Впервые проблема кислотных дождей стала предметом международного обсуждения в 1975 г. на XVIII Генеральной ассамблее международного союза по теоретической и прикладной химии.

Антропогенные источники вносят основной «вклад» в загрязнение атмосферы диоксидом серы и оксидами азота.

Эколого-экономические последствия выпадения кислотных дождей достаточно значительны. Кислотные дожди наносят ущерб не только природе, но и зданиям и сооружениям.

Трансграничные перемещения атмосферных загрязнителей создают условия для мировых экологических конфликтов. Виновниками загрязнителей атмосферы над многими странами в Европе являются Англия и Германия. (Объясните, почему территории Норвегии, Швеции, Дании, Финляндии загрязняются заводами Рура, Бирмингема, Люксембурга.)

По оценкам специалистов, лишь 10% загрязнителей, выпадающих из атмосферы на территорию Норвегии, имеют собственно норвежское происхождение. Остальные 90% переносятся из других стран. В Швеции 70% атмосферных загрязнений переносятся из-за рубежа. Вместе с тем подсчитано, что из Англии «экспортируется» около 1 млн. т оксида серы. Североевропейские страны неоднократно обращались в международные организации по поводу этого факта. Правительство Швеции обвинило Англию в ведении настоящей «экологической войны» против своих соседей.


Нормы радиационной безопасности