Перспективы перевода ТЭЦ Владимирской области на торф



Целью статьи является анализ перспектив перевода ТЭЦ-2 г. Владимира на торф. В работе проведён анализ целесообразности перехода ТЭЦ-2 г. Владимир, на вид топлива торф, месторождение которого во Владимирской области обеспечивают работу ТЭЦ на четыреста девяносто два года, рассмотрены варианты уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу. Показано, что перевод ТЭЦ на торф будет целесообразен, если ТЭЦ будет работать в режиме постоянной нагрузки с компенсации пиков за счёт внешних источников электроэнергии. ТЭЦ-2, размещённая в городе Владимир, имеет возможность использования торфа в качестве основного топлива. Доступность месторождении полезных ископаемых и развитой транспортной сети позволит перевести Владимирскую ТЭЦ-2 на торф. Промышленная добыча снизит риски возникновения сезонных пожаров примерно на 3–6 млрд. рублей в год.

Ключевые слова: торф, ТЭЦ, коэффициент использования топлива, пиковые нагрузки.

Во Владимирской области в период с 2009–2014 годы наблюдалось большое количество торфяных пожаров [1]. Основными причинами возникновения пожаров являются большие залежи торфа (рис. 1), которые превышают 59 млн тонн [2]. Другая причина связна с тем фактом, что не разрабатываемые торфяники склоны к возгоранию. В свою очередь тушение торфяных пожаров обходятся в 1.1–1.3 млрд. рублей [1]. Это делает актуальным возобновление разработки торфа в промышленных масштабах, а следовательно, необходимо более широкое применение торфа, в том числе как топлива для работы ТЭЦ.

Рис. 1. Залежи торфа [3]

В 1964 году в г. Владимире была введена в эксплуатацию ТЭЦ-2, которая является основным источником тепловой энергии в г. Владимире. В настоящее время она обеспечивает около 80 % потребности в тепловой энергии и 40 % потребности в электроэнергии города Владимира. Установленная электрическая мощность — 596 МВт. Установленная тепловая мощность — 1176,1 ГКал/ч [4]. Особенностью ТЭЦ-2 является возможность её работы на торфе. При текущем уровне вырабатываемой мощности перевод ТЭЦ-2 на торф будет сопровождаться расходом порядка 120 тыс. тонн торфа в год. Таким образом, разведанных запасов торфа, как местного сырья, хватит более чем на четыреста девяносто два года. При этом добыча более 100 тыс. тонн торфа обеспечит требуемый уровень разработки месторождений для обеспечения пожарной безопасности. Таким образом перевод ТЭЦ-2 на торф является актуальной задачей.

В тоже время перевод ТЭЦ-2 на торф сопровождается рядом недостатков: большее количество выбросов вредных веществ в атмосферу, которые достигают 5–6 тысяч тонн в год. Поэтому ТЭЦ-2 во время газовой паузы 80-х годов была переведена на использование газа. Следует отметить, что, когда сжигается газ, зольных отложений, в отличие от использования торфа, нет. Таким образом существуют противоречия между требованиями к сохранению экологической обстановки во Владимирской области за счёт разработки торфа и требованиям к снижению объёма вредных выбросов ТЭЦ. Это делает актуальным перевод ТЭЦ-2 на торф при одновременном снижении уровня вредных выбросов. В статье рассмотрены пути снижения вредных выбросов при использовании на ТЭЦ-2 торфа в качестве основного вида топлива.

Город Владимир относится к коммунально-бытовым потребителям, он входит в золотое кольцо России, является туристическим центром. Его электрическая нагрузка составляет 7,176 млн кВт*ч [5]. ТЭЦ-2 не обеспечивает полностью покрытие всей нагрузки города. Покрытие пиковых нагрузок происходит за счёт внешней электрической сети. В номинальном режиме работы ТЭЦ коэффициент использования топлива составляет порядка 320 грамм условного топлива на кВт/ч (220 грамм условного топлива на кВт/ч в конденсационном режиме работы паротурбинных установок, 420 грамм условного топлива — при работе в теплоквалификационном режиме). Увеличение установленной мощности ТЭЦ-2 до уровня, обеспечивающего устойчивую работу энергосистемы города, представляется нецелесообразным. Т. к. при работе с большим коэффициентом неравномерности коммунально-бытовой нагрузки покрытие непродолжительных пиковых значений потребления электроэнергии приводит к продолжительной работе паротурбинных установок во вращающемся резерве, это приводит к увеличению потребления топлива и соответственно увеличения выбросов вредных веществ. Таким образом снижение коэффициента использования топлива приводит к уменьшению объёма потребляемого топлива и, следовательно, к снижению вредных выбросов в окружающую среду.

Рассмотрим способы снижения вредных выбросов. Первый способ — это термический окислитель прямого сжигания (ТОПС), также известный как печь дожига или термоокислитель открытого пламени [6] предназначен для разложения / снижения выбросов летучих органических соединений или летучих органических веществ (сокращенно ЛОС или ЛОВ) и опасных загрязнителей воздуха (ОЗВ), которые образуются в процессе химических реакций на различных промышленных предприятиях и выбрасываются в атмосферу.

ТОПС разрушает эти вредные выбросы посредством процесса сгорания или по-другому, процесса термического окисления. Химический процесс термического окисления довольно прост: температура выбрасываемых газов поднимается до уровня от 676,7 до 982,2 ° С. При данной температуре химические связи, которые удерживают молекулы вместе, разрываются. Благодаря высокой температуре в камере сгорания, ЛОС или ЛОВ в технологическом потоке сжигаемых газов преобразуются в различные комбинации углекислого газа (CO2), воды (H2O) и тепловой энергии. ТОПС является одним из самых популярных систем контроля выбросов загрязняющих веществ в различных отраслях промышленности, производящих дымовые газы с высоким содержанием загрязняющих веществ. Данный вид термических окислителей способен переработать до 99 % выбросов углеводородов с высокой степенью загрязнения (рис. 2.).

Рис. 2. Термоокислитель прямого сжигания [6]

Второй способ. Термическое разложение (дожиг) на пористой нагреваемой структуре [7]. После сжигания газов в печах в них все равно остаются вредные примеси. Наша технология основана на дополнительном нагреве газов на пористой структуре. Пористая структура устанавливается в трубе с газовыми выбросами и разогревается до высоких температур (500–1100°С). Пористая структура имеем большую площадь поверхности, что обеспечивает равномерный нагрев и эффективное перемешивание проходящих через нее газов и их разложение. Устройства можно установить непосредственно после печи сжигания газов. Так-как газы, выходящие из печи горячие, то их дополнительный нагрев не потребует значительных затрат энергии. Наглядно данный способ приведён на рис. 3.

Рис 3. Термическое разложение [7]

Третий способ для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу вместо дожигателей топлива использовать ионизацию топливо-воздушной смеси (ТВС) [8]. Это позволит сократить выбросы вредных веществ примерно на 95–96 %. Ионизация топливно-воздушной смеси — это воздействие электромагнитными полями на воздух. В результате повышается концентрация кислорода, что влияет на процессы воспламенения и время сгорания. Электростатическая обработка воздуха повышает топливную экономичность на 10 % при одновременном снижении выбросов СО на 9–14 %. Ионизатор воздуха представлен на рис. 4.

Рис. 4 Устройство ионизации ТВС [8]

Ионизатор ТВС состоит из корпуса (1), выполненного из диэлектрического материала с установленными в нём электродами, один из которых (2) представляет собой геликоидную ленту, одна из кромок которой выполнена заострённой, а другая прилегает к внутренней поверхности корпуса (1). Геликоидная лента соединена (5) с положительным выводом высоковольтного источника питания. Количество геликоидных лент, размещаемых в корпусе, может быть несколько, если они расположены симметрично относительно корпуса (1). Для обеспечения коррозионной стойкости и хорошей электропроводности электроды (2) положительной полярности могут быть выполнены из алюминия. Ионизатор ТВС также содержит электрод (6) отрицательной полярности, который выполнен в виде струны и расположен по оси геликоида, т. е по оси диэлектрического цилиндрического корпуса (1). Электрод отрицательной полярности (6) может быть выполнен из позолоченной проволоки диаметром 0,1 мм. Электрод (6) укреплен в корпусе с помощью тонких растяжек-изоляторов (7), выполненных, например, из органического стекла, растяжкам-изоляторам (7) придана обтекаемая форма в направлении движения воздушного потока. Электрод (6) снабжен выводом (8), с помощью которого он подсоединен к отрицательному выводу высоковольтного источника питания [8].

В работе показана актуальность перевода ТЭЦ на местный ресурс, что позволяет предотвратить возникновение торфяных пожаров и сэкономить до 5–6 млрд. рублей, которые тратятся на тушение пожаров. Использовать ТЭЦ совместно с другими источниками энергии, это позволит сэкономить примерно 11–12 тон топлива в год, и при использовании торфа в качестве топлива, применять ионизацию ТВС. В итоге перевод ТЭЦ-2 на новое топливо, разработка торфяных месторождений, внедрение ионизации ТВС позволит: уменьшить расход топлива примерно на 10 % (со 120 т/год до 108 т/год); минимизировать выбросы вредных веществ на 95 %.

Литература:

1. Торфяные пожары в России в 2009–2014 годах // URL: https://tass.ru/info/1352655 (дата обращения: 23.11.2020).

2. URL: https://vladimir.tpprf.ru/ru/region/resources/ (дата обращения: 24.11.2020).

3. Карта владимирской области // URL: http://on33.ru/vladimir/kartaobl/ (дата обращения: 22.11.2020).

4. URL: https://in-power.ru/places/109-vladimirskaja-tec-2.html (дата обращения: 25.11.2020).

5. URL: https://russia.duck.consulting/maps/357/2018 (дата обращения: 25.11.2020).

6. Термический окисилитель прямого сжигания URL: https://sibcontrols.com/ru/termicheskieokislitelipechiikamerydozhiga (дата обращения: 23.11.2020).

7. URL: http://tsc-technologies.ru/ru/tehnologii/dozhig-gazov-i-vrednyh-vybrosov/ (дата обращения: 25.11.2020).

8. Чащин Е. А., Яковлев О. А., Молокин Ю. В. Ионизатор воздуха для двигателя внутреннего сгорания // Патент России № 2464441. 2012. Бюл. № 29.