Эко-бюллетень ИнЭкААрхив№ 6 (53) > ЭКОТЕХНОЛОГИИ

Уголь для наших котельных должен быть «экологически чистым»

Приведенные в этой статье данные являются результатом исследований, начатых в 1990-91 гг. лабораторией промышленной экологии Кузнецкого филиала ВУХИНа при финансовой поддержке Администрации г. Новокузнецка. В 1994-97 гг. работа велась в рамках российско-американского Проекта по природоохранной политике и технологии, финансируемого Агентством США по международному развитию. Далее эти исследования были продолжены научно-производственным предприятием «Экоуголь», совместно с Новокузнецким комитетом по охране окружающей среды и рядом других городских организаций. В 1999-2000 гг. «Экоуголь» продолжает работу совместно с Южным территориальным комитетом по охране окружающей среды Кемеровской области в рамках проекта РОЛЛ при финансовой поддержке Института Устойчивых Сообществ (США). Руководитель работ – к.т.н. Волынкина Е. П.
Волынкина Е. П.,
Дударев Ю. И.

Твердое топливо является основным промышленным источником загрязнения воздуха пылевидными частицами, оксидами серы и азота, продуктами неполного сгорания, в том числе СО и канцерогенными полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), тяжелыми металлами. В большей мере это относится к теплоэнергетическим установкам малой мощности и слоевым топкам. Согласно данным статистической обработки, проведенной в США, котельные установки выбрасывают в атмосферу в 500 раз больше СО на единицу теплоты, чем ТЭС. При этом, отопительные установки выбрасывают СО в 20 раз больше, чем промышленные котельные. При сжигании угля в котлах малой производительности выброс СО превышает 2% от массы топлива. Концентрация полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и продуктах сгорания угля в топках с неподвижной колосниковой решеткой в 10 000 раз превышает содержание ПАУ в продуктах сгорания теплоэлектростанций. При этом, основное количество ПАУ адсорбируется на поверхности выбрасываемых в атмосферу твердых частиц размером менее 200 мнм, способных проникать и дыхательные пути человека. Полагают, что угольная теплоэнергетика ответственна примерно за 20% случаев гибели от рака легких. Ущерб, причиняемый вредными выбросами в атмосферу мелкими котельными установками в силу их размещения в зоне проживания людей и ограниченных возможностей использования технических средств для обезвреживания выбросов в 5 раз выше, чем от ТЭС.

В г. Новокузнецке в настоящее время функционирует 164 котельных, из них 156 сжигают уголь в слоевых и факельно-слоевых топках. Полностью механизированы 14 котельных, остальные 142 – немеханизированы или механизированы частично (оборудованы механическими забрасывателями топлива). Свыше 60% котельных не оборудованы системами пылегазоочистки.

Ежегодно котельными нашего города выбрасывается в атмосферу свыше 20 000 т пыли (5 т/час, 120 т/сутки), 5 000 т сернистого ангидрида, 3 000 т оксидов азота, 6 000 т оксида углерода, 35 т аммиака, 7 т фенола. Сравнение с выбросами одного из наиболее экологически опасных производств, также перерабатывающего каменный уголь – коксохимического, например Кузнецкого меткомбината, показывает, что выбросы котельными пыли равносильны выбросам 12 коксохимических производств, сернистого ангидрида – двух, оксидов азота – трех. Удельные выбросы пыли при сжигании единицы топлива на котельных в 8-99 раз превышают удельные выбросы пыли от коксохимпроизводства, включая выбросы из дымовых труб, тушильных башен, от загрузки шихты и выдачи кокса. С пылью котельными выбрасываются сотни килограммов токсичных соединений мышьяка, ртути, фтора, свинца и др.

Концентрация котельных в жилых районах, главным образом Куйбышевском – 52% от общего количества и Орджоникидзевском – 43%, в сочетании с низкими дымовыми трубами еще более усугубляют их экологическую опасность для жителей нашего города.

В ближайшей перспективе трудно рассчитывать на закрытие котельных и их замену современной ТЭС. Перевод всех котельных на работу на природном газе также маловероятен.

В то же время, зарубежный опыт показывает, что проблема котельных может быть решена и без этих достаточно дорогостоящих мероприятий. В такой маленькой стране, как Дания, эксплуатируется 15 000 мелких и 40 крупных котельных, оборудованных слоевыми топками, а в известной строгим отношением к загрязнителям окружающей среды Германии 83% котельных сжигают уголь также в небольших слоевых топках. В США еще в 1986 г. в связи с сокращением запасов нефти и газа уголь был признан наиболее перспективным топливом, а с целью обеспечения экологической безопасности его сжигания развернуты обширные исследовательские работы в рамках правительственной Программы чистых угольных технологий, на выполнение которой только в 90-е годы выделено 5 млрд. долл. Основная задача этой Программы заключается в разработке технологий сжигания угля, обеспечивающих выбросы вредных веществ на уровне не более, чем при сжигании газообразного топлива. Приведенные примеры показывают, что экологически безопасное сжигание угля возможно. При этом, в промышленно развитых странах в качестве наиболее дешевого первичного мероприятия по снижению выбросов в атмосферу от котельных рассматривается применение высококачественных углей.

Научно-производственным предприятием «Экоуголь» совместно с совместно с Новокузнецким комитетом по охране окружающей среды, Южным территориальным комитетом по охране окружающей среды Кемеровской области и рядом других организаций в период 1994-97 гг. и 1999-2000 гг. в рамках российско-американских Программ ППиТ и РОЛЛ, финансируемых Агентством по международному развитию США и Институтом Устойчивых Сообществ (США), реализованы демонстрационные проекты «Чистый уголь» и «Распространение результатов демонстрационного проекта «Чистый уголь» в Кузбассе».

Цель указанных проектов заключалась в том, чтобы продемонстрировать технологическую возможность и экологическую эффективность перевода котельных со слоевой системой сжигания на использование топлив с улучшенными экологическими свойствами, а именно содержащие минимальное количество «штыбовой» фракции и характеризующиеся пониженной дымностью. Программа экспериментов предусматривала комплексную теплотехническую и экологическую оценку эффективности использования на котельных различного типа и производительности различных видов топлива в сравнении с традиционно используемым газовым рядовым углем.

Объектами испытаний являлись:

  • отопительно-производственная котельная ш. Димитрова, оборудованная факельно-слоевыми топками с колосниковыми решетками обратного хода и пневмомеханическими забрасывателями топлива;
  • производственная котельная прачечной пассажирского вагонного депо, оборудованная слоевыми топками с неподвижными решетками и ручным забросом топлива;
  • отопительная Абашевская районная котельная с топками прямого хода с переталкивающими колосниками возвратно-поступательного исполнения конструкции фирмы «Фудл» (Китай);
  • отопительная Байдаевская районная котельная – топка прямого хода (котел № 3);
  • отопительная районная котельная пос. Листвяги, оборудованная топками с неподвижными колосниковыми решетками и механическими забрасывателями топлива;
  • отопительно-производственная котельная ОАО «Деревообработчик» г. Мыски с неподвижными колосниковыми решетками и ручным забросом топлива.

Выбор котельных для проведения экспериментов осуществлялся по принципу охвата предприятий, различающихся по назначению (отопительные, производственные), теплопроизводительности, конструкции топок.

Испытания, проведенные на котельных различной мощности и конструкции, продемонстрировали высокие потенциальные возможности котельных установок по снижению загрязнения атмосферы за счет улучшения качества используемого топлива.

Результаты испытаний показали, что основными причинами высоких выбросов в атмосферу от котельных установок являются угли, характеризующиеся высоким выходом летучих веществ, содержащих значительное количество углеводородных компонентов, марок Г, ГЖ, ДГ. Уголь сжигается в рядовом виде с содержанием золы от 15 до 33% и мелких классов крупностью менее 6 мм свыше 40%. Высокая зольность и замусоренность мелочью способствуют повышению расхода топлива и соответственно всех выбросов в атмосферу. Мелкие частицы топлива подхватываются потоком дутья и бурно выделяющихся летучих веществ и выносятся из топки, обуславливая высокую запыленность отходящих газов. Если конструкция факельно-слоевых топок крупных котельных установок с достаточно протяженной зоной горения позволяет в той или иной степени создать условия для дожига летучих продуктов и угольной мелочи, то в слоевых топках малых котельных возможность эффективного и экологически безопасного сжигания «дымного» топлива с высоким содержанием мелочи практически исключается.

Испытания, проведенные на котельной ш. Димитрова, показали, что в факельно-слоевых топках с движущимися колосниковыми решетками обратного хода наблюдается практически прямая зависимость выбросов твердых частиц от содержания в топливе мелочи крупностью менее 6 мм. На котлах такого типа технологически возможна и экологически целесообразна замена рядового угля марки Г на низкозольный сортированный уголь этой же марки с пониженным содержанием мелочи – до 20%. При этом обеспечивается снижение удельных выбросов пыли на 1 Гкал произведенного тепла на 36% на выходе из котла и на 26% в выбрасываемых в атмосферу газах. В такой же степени снижаются выбросы продуктов неполного сгорания топлива. К.п.д. котла возрастает на 10-27%абс. в зависимости от нагрузки за счет снижения суммарных потерь тепла со шлаком, уловленной в циклонах и выбрасываемой в атмосферу пылью.

В слоевых топках малых котельных с неподвижными колосниковыми решетками однозначно нецелесообразно использование угля марки Г как в рядовом, так и в сортированном виде вследствие недостаточной протяженности рабочего пространства топки и недостатка кислорода для дожига летучих продуктов. В топках такого типа значительный теплотехнический и экологический эффект обеспечивает замена угля марки Г на «бездымный» уголь марки Т (тощий) с низким выходом летучих веществ.

В топках с ручным забросом топлива без каких-либо других технологических приемов обеспечивается снижение запыленности выбрасываемых в атмосферу газов на 68-97% при достижении концентрации в выбрасываемых в атмосферу газах на уровне 30-60 мг/нм3, что существенно ниже общепринятых норм – 100 мг/нм3. Таким образом, при сжигании «бездымного» топлива котельные, оборудованные слоевыми топками с неподвижными колосниковыми решетками и ручным забросом топлива, могут быть экологически безопасными даже при отсутствии газоочистного оборудования. Одновременно происходит также снижение выбросов СО на 60-95%отн., увеличение теплопроизводительности котла на 30-38%отн., повышение к.п.д. котла на 10%абс. Снижение зольности и содержания мелочи еще более усиливает достигаемый эффект.

В топках с неподвижными колосниковыми решетками и механическим забросом топлива замена «дымного» угля марки Г на уголь марки Т позволяет снизить запыленность газов на 50%, концентрацию СО, являющейся индикатором выбросов в атмосферу продуктов неполного сгорания топлива – на 99,96%, т. е. почти до нуля, повысить производительность котла – на 26%отн., к.п.д. котла – на 10%абс.

Достаточно высокая скорость тепловыделения при значительном сокращении загрязнения атмосферы обеспечивается при использовании углей со средним выходом летучих веществ – 25-30% марки СС или при невозможности их получения искусственно приготовленной смеси углей Г и Т в соотношении 50:50. При переходе на смесь углей марок (Г+Т) малых и средних котельных достигается снижение запыленности выбрасываемых газов на 30-50%, концентрации СО – на 80-94%. Дополнительный эффект обеспечивается при снижении содержания в топливе мелочи, т.е. в результате сортировки.

Установлено также, что уголь «дымных» марок в рядовом виде может эффективно и экологически безопасно сжигаться только в топках прямого хода. Эксперименты, проведенные на Абашевской и Байдаевской районных котельных однозначно показали технологическую нецелесообразность сжигания в топке с решеткой прямого хода сортированного топлива с пониженным содержанием мелочи вследствие особенностей зажигания слоя несмотря на возможность снижения выбросов и увеличения к.п.д. котла. Отмечено снижение теплопроизводительности на 30-40% вследствие ухудшения условий зажигания топлива. В то же время проведенные исследования показали более высокую теплотехническую и экологическую эффективность топок с решетками прямого хода в сравнении с факельно-слоевыми топками с решетками обратного хода при сжигании рядового угля марки Г:

  • удельные выбросы пыли на 1 Гкал произведенного тепла ниже на 65-89%;
  • концентрация пыли в выбрасываемых в атмосферу газах ниже на 65-85%;
  • недожог выносимой из топки пыли ниже на 50%;
  • концентрация в дымовых газах СО ниже на 90-95%, NOx – нам 30-35%.

На основании полученных результатов разработана Программа внедрения топлив с улучшенными экологическими свойствами на котельных со слоевой системой сжигания г. Новокузнецка, Новокузнецкого района и Юга Кузбасса, согласно которой предлагается с целью сокращения выбросов в окружающую среду и снижения расхода топлива на котельных со слоевой системой сжигания в приоритетном порядке использовать угли с улучшенными экологическими свойствами:

  1. На малых котельных, оборудованных топками с неподвижными решетками и ручным забросом топлива – «бездымные» угли марки Т с выходом летучих веществ не выше 15-16%, зольностью не более 20% в сортированном или рядовом виде.
  2. На средних котельных, оборудованных топками с неподвижными решетками и механическим забросом топлива – энергетические угли «бездымных» (Т) и «малодымных» (ТС, ОС, СС, Г+Т) марок с выходом летучих веществ 16-30%, зольностью не более 20% в сортированном виде.
  3. На механизированных котельных, оборудованных топками с решетками обратного хода – энергетические угли «малодымных» (СС) с выходом летучих веществ 25-34% и «дымных» (Г) с выходом летучих веществ 35-45% марок с содержанием золы не более 20% в сортированном виде с содержанием мелочи крупностью менее 6мм не более 20%.
  4. Сжигание углей «дымных» марок в рядовом виде производить только в топках прямого хода.

Следует отметить, что наиболее высококачественные «бездымные» низкозольные сортированные угли производились в недавнем прошлом на обогатительных фабриках шахт им. Димитрова, Бунгурской, Шушталепской. Угли такого качества относятся к «элитным» видам топлива для слоевых топок во всех странах. К сожалению, ш. Димитрова закрыта. Не допустить остановки обогатительных фабрик ш. Бунгурская и Шушталепская, а производимые ими концентраты направлять в первую очередь на местные малые котельные – долг руководителей местных органов власти.

В настоящее время угли «бездымных» марок производят разрезы Листвянский, Красный Брод, Калтанский, целый ряд угледобывающих предприятий Прокопьевско-Киселевского и Междуреченского районов. Сортированный уголь марки Г достаточно высокого качества по зольности производит разрез Ерунаковский.

Значение правильного выбора угля, по своим свойствам в наибольшей степени соответствующего конкретной технологии сжигания, трудно переоценить. Оптимально подобранное топливо обеспечивает:

  • снижение эксплуатационных и ремонтных затрат;
  • уменьшение себестоимости пара или воды;
  • снижение загрязнения окружающей среды.

В Кузбассе производятся угли достаточно широкого марочного состава и использование экологически чистых топлив в регионах, где оно добывается, должно быть приоритетным.

 
ПОИСК ПО САЙТУ
© 2001-2017 ООО «ИнЭкА-консалтинг»
Контакты ИнЭкА:
+7 3843 720575
720579
720580
ineca@ineca.ru
создание сайтов