Технология циркулирующего кипящего слоя
ОАО «ВТИ» является лидером в России по исследованию и внедрению эффективной технологии сжигания угля
Технология циркулирующего кипящего слоя (ЦКС) впервые была применена на установках каталитического крекинга углеводородов и до сих пор является основной для производства бензина. В энергоустановках тепловой мощностью более 50 МВт технология ЦКС стала широко использоваться с середины 1970‑х годов, когда ужесточились нормы на токсичные выбросы. Сейчас сжигание и газификация топлив в циркулирующем кипящем слое является общепризнанной промышленной технологией, реализованной на тысячах объектов.
Преимущества технологии ЦКС
- эффективное сжигание углей низкого качества;
- снижение вредных выбросов без использования специальных средств очистки;
- возможность сжигания топлива различного качества в одном и том же котле;
- более простая подготовка топлива.
В СССР, а затем и в России разрабатывались проекты котлов с ЦКС различной мощности. В работах ОАО «ВТИ» показаны условия наиболее благоприятного использования котлов с циркулирующим кипящим слоем. При сжигании низкосортных топлив, требующих мокрой системы сероочистки, себестоимость электроэнергии, выработанной на блоках с котлами ЦКС, в среднем на 7,9 % ниже, чем на традиционных котлах, оборудованных такими системами. Исследования этой наукоемкой технологии начались в ВТИ в конце 1980‑х годов в содружестве с рядом научных центров Советского Союза. Для изучения ключевых процессов гидродинамики, сепарации и теплообмена была создана экспериментальная база с уникальными методами измерений. Впервые в России разработан собственный метод и программа расчета топок с ЦКС. Сегодня институт является лидером по тематике кипящего слоя в России. Исследования ОАО «ВТИ» хорошо известны в стране и за рубежом: выпущено более 200 публикаций и около 70 статей на английском языке. Заведующий лабораторией специальных котлов Г. А. Рябов представляет Россию в комитете по использованию кипящего слоя при международном энергетическом агентстве.
Технология имеет большие перспективы в угольных регионах. Она позволяет использовать топливо низкого качества, а также обеспечивает низкий уровень вредных выбросов.
Сегодня в мире эксплуатируется более 3 000 котлов с ЦКС. В развитии технологии в настоящее время проявились две тенденции. Первая характерна для энергетики Китая и ряда азиатских стран. Она связана с использованием крупных энергоблоков на низкосортных углях. При этом важным является повышение параметров пара, стремление к удешевлению стоимости котлов и снижению затрат электроэнергии на собственные нужды. Вторая определяется способностью котлов с ЦКС эффективно сжигать широкую гамму топлив, включая различные виды биомассы и отходов. Она характерна для европейских стран. Использование различных видов биомассы с выработкой тепла и электроэнергии является важной задачей энергосбережения. Сегодня биомасса занимает четвертое место в мире по объемам производства и потребления энергии. Технология кипящего слоя наиболее приспособлена к сжиганию биомассы. ВТИ является лидером в исследованиях и разработках в этой области.
В 2016 году на Новочеркасской ГРЭС был пущен первый в России блок с прямоточным котлом ЦКС на повышенные сверхкритические параметры пара (блок № 9). Основное оборудование блока мощностью 330 МВт является инновационным. Котельную установку изготовила компания «ЭМАльянс». Блок с котлом ЦКС прошел гарантийные испытания. ОАО «ВТИ» активно участвовало в наладке работы котла и проведении испытаний. Специалисты института выявили ряд недостатков в работе установки, связанных с технологией сжигания, и предложили решение для их устранения. Выбросы вредных веществ блока № 9 с дымовыми газами существенно ниже, чем выбросы любого из существующих угольных энергоблоков в России. Применение технологии циркулирующего кипящего слоя позволяет обеспечить высокий КПД котла даже при сжигании низкосортных углей без подсветки газом или мазутом.