Разработаны плазменно-топливные системы для ТЭС, работающих на угле

В настоящее время более 40% электроэнергии в мире вырабатывается на ТЭС, основным топливом которых является уголь. В России эта доля составляет около 30% и с каждым годом продолжает расти. Существующая в теплоэнергетике практика применения дефицитного и дорогостоящего мазута для воспламенения и стабилизации горения низкосортных углей приводит к высокому уровню выброса вредных веществ.

Для повышения эффективности использования твердого топлива и снижения доли мазута в Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН разработали плазменно-топливную систему электротермохимической подготовки энергетических углей к сжиганию на тепловых электростанциях. Такие ПТС улучшат экологические и экономические показатели Новосибирской ТЭС и котельных.

Сама установка предполагает замещение мазута, который используют для растопки. Изначально котел находится в холодном состоянии, затем подают мазут, в предтопках его разжигают, и он горит от 4 до 8 часов. После достижения нужного уровня температуры начинают подавать измельченный уголь. Когда температура падает, снова подают мазут. Из-за этого происходит большое количество выбросов серы и ванадия.

Ученые предлагают ПТС, состоящую из плазматрона и такого же предтопка, но модернизированного уже под плазму. За счет этого измельченное угольное топливо горит более стабильно, и за три-четыре часа можно разжечь котел. «Мы поставили шесть плазменно-топливных систем, общая стоимость которых составила 50 миллионов рублей. После этого ежегодные затраты снизились на двадцать два миллиона рублей. То есть, система окупилась примерно за два года. Также становится меньше и вредных выбросов», — объясняет инженер-исследователь лаборатории экологических проблем теплоэнергетики ИТ СО РАН Евгений Борисович Бутаков.

В рамках международных проектов плазменные системы уже устанавливались в Словакии, Китае, Северной Корее и Казахстане. За несколько лет эксплуатации они позволили сэкономить более 150 тысяч тонн мазута. Сейчас ученые пытаются понять, пригодны ли они для Новосибирска.

«За все время экспериментов у нас возникло несколько проблем. Первая — снижение износа электродов плазматрона: нужно подобрать материал и установить определенные режимы, за счет которых ПТС будет приходить в действие. Вторая — нам необходимо проанализировать работу Новосибирской теплоэлектростанции и понять, какие ресурсы нужно будет задействовать, чтобы поставить нашу систему и полностью избавится от топочного мазута», — рассказывает Евгений Борисович.

Эксперименты проводятся на специальных стендах: измельченный уголь подается в установку, где с помощью плазмы поджигается, и в процессе горения анализируется стабильность пылеугольного факела посредством термодатчиков и газового анализа. Затем изучается состав вредных выбросов (зола, оксиды азота и серы, пятиокись ванадия) и зашлакованность поверхности котла.

Позже планируется обновить датчики по газовому и температурному анализу. Затем провести эксперимент: на 5 МВт стенде установят плазменную систему. После чего туда начнут подавать уголь, и при разных режимах смотреть, как он воспламеняется и горит. Зафиксируют изменения температуры и количество газов, которое образуется на выходе из дымососа. В дальнейшем будет написан отчет с экономическими расчетами.

Такая ПТС уже есть на Гусиноозерской ГРЭС в Бурятии, но в целом в России идея все равно реализуется с огромным трудом. Одна из главных причин заключается в том, что все котельные очень старые. «Сейчас мы работаем в Сколково. Пытаемся найти компанию, которая бы согласилась поставить себе нашу систему. Энергетический рынок достаточно сложный и консервативный: потребуются большие усилия, чтобы установка „прижилась“ на местных ТЭС», — говорит Евгений Бутаков.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.