На главную / Экология / Экологическая эффективность технологии газификации угля на примере Красноярской агломерации
Экологическая эффективность технологии газификации угля на примере Красноярской агломерации
| Печать |

О.В. Тасейко, С.В. Михайлюта, Т.П. Спицына, А.А. Леженин, В.С. Соколов, Р.Г. Хлебопрос

Экологическая эффективность технологии газификации угля на примере Красноярской агломерации

 

Сибирский региональный научно-исследовательский гидрометеорологический институт, НП «Научно-инновационный Центр Прикладной Геоэкологии» (Наша родина, г. Красноярск)
Интернациональный центр исследовательских работ экстремальных состояний организма КНЦ СО РАН (Наша родина, г. Красноярск)
Институт вычислительной арифметики и математической геофизики СО РАН (Наша родина, г. Новосибирск)
Сибирский федеральный институт (Наша родина, г. Красноярск)

В работе рассмотрен вариант внедрения угольных технологий, основанный на освеженной технологии газификации угля (с образованием буроугольного полукокса) для получения термический энергии на местности будущей Красноярской агломерации. Проведено сопоставление эмиссии СО2 и выбросов загрязняющих атмосферу веществ при получении термический энергии при помощи технологий газификации и классической технологии сжигания угля (на примере 3-х огромнейших ТЭЦ г. Красноярска). Выполнена оценка общественного вреда от загрязнения воздуха при сжигании горючего по технологии газификации и классической технологии. Показано, что применение технологии газификации позволяет в отдельных случаях на 95% уменьшить выброс главных загрязняющих веществ.

 

Введение

Рассматривая устойчивое развитие в определениях экологической приемлемости, можно выделить главные препядствия охраны среды, которые в наши деньки способны привести к потере стойкости публичного развития. К таким дилеммам относятся: изменение климата под воздействием выбросов парниковых газов в итоге сжигания органического горючего, истощение озонового слоя, кислотные дождики, скопление отходов и загрязнение среды томными металлами, органическими соединениями [1]. При всем этом энергетика участвует в формировании многих экологических заморочек современности.

В связи с этим вопросы развития мировой, государственной и региональной энергетики можно сконструировать последующим образом: какой должна быть энергетика, чтоб выбросы парниковых газов не приводили к очень большенному вреду от загрязнения среды (продуктами сгорания, отходами и т.п.) и конфигураций климата и как оценивать этот вред?

«Большинство видов горючего, применяемого сейчас, загрязняет атмосферу и не соответствует принципу “устойчивого развития”. Нужно повысить эффективность использования видов энергии и их экологическую приемлемость методом перехода к незапятнанным технологиям на базе новых и возобновляемых источников энергии…» (итоговый документ Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г.) [2]. Нужно конструктивно обновить технологическую базу глобальной, государственной и региональной экономики.

По прогнозам, до середины XXI в. в энергоснабжении сохранится ведущая роль ископаемого горючего и обычных технологий, основанных на его сжигании. Улучшений можно достигнуть методом увеличения КПД генерирующих установок, конфигурации технологий сжигания угля, совместного сжигания угля и биомассы, добавки биогаза к природному газу, подмены угольного горючего на газовое и т. п.

Более многообещающими числятся последующие технологии [3]:

Газовые технологии. Установки на базе комбинированного парогазового цикла (natural gas combined cycle, NGCC). Образующиеся при сжигании горючего газы употребляются для производства пара, который приводит в действие паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию. КПД можно довести до 60% за счет увеличения температуры пламени и давления пара, а так же благодаря более сложным паровым циклам. Главные трудности: жаропрочные материалы, действенные системы остывания.

Новые угольные технологии. К таким технологиям относят угольные установки с паровым циклом со сверхкритическими и ультрасверхкритическими (USC) параметрами пара (до 700 °С и 37,5 МПа) с применением технологии циркулирующего кипящего слоя и КПД выше 50%.

Низкотемпературная вихревая разработка (НТВ) сжигания базирована на аэродинамике потоков в топке – направления огромных масс грубо размельченного горючего в нижнюю часть топки, а воздуха – в высшую часть. Это позволяет понизить наивысшую температуру в топке на 100–300 °C и спаливать не пылеугольное горючее, а грубо размельченный уголь. За счет подготовительной подготовки твердого горючего (угля, торфа и т. п.) методом сушки, чистки от пустой породы, измельчения, увеличения однородности и пр. можно повысить КПД на 2–5%. «Микронизированный» уголь, размолотый до 15 мкм, либо частички угольно-нефтяной либо водо-угольной суспензии можно спаливать в газовых и жидкостных котлах.

Когенерация электроэнергии, теплоты и холода. Энергоэффективность всех перечисленных технологий можно значительно повысить за счет прибавления теплофикационного цикла и перехода к комбинированному производству электро- и термический энергии, также использования термических насосов, позволяющих дополнительно прирастить КПД методом утилизации низкотемпературного тепла.

Мини- и микро-ТЭЦ. Современный тип жизни населения делает действенным внедрение децентрализованных полуавтономных систем энергоснабжения на базе мини- и микро-энергоустановок/ТЭЦ. Мощность их – от нескольких кв (микроустановки, вписывающиеся в интерьер кухни, подобно холодильнику) до нескольких мегаватт установки, созданные для использования в целых поселках либо на промышленных предприятиях). Выработка тепла может составлять несколько 10-ов и даже сотен килоджоулей в час, а общий КПД может превосходить 75%.

По неким оценкам, в Европейских странах, где порядка 95% домашних хозяйств употребляют личные системы отопления и нагрева воды, до 40% из их смогли бы при подмене отслужившего оборудования с выгодой себе перейти на домашние микро-ТЭЦ.

Топливные элементы. В топливных элементах (ТЭ) происходит прямое преобразование хим энергии горючего в электронную в присутствии катализатора. На теоретическом уровне КПД таких устройств может достигать 100% (реально–85%) благодаря отсутствию передвигающихся частей. Их отличает экологическая чистота, высочайшее качество и надежность электроснабжения, широкий спектр мощностей – от единиц ватт до 10-ов мегаватт. Но пока остается нерешенным ряд технических заморочек и высока цена.

Водородные технологии. Будущее водородной энергетики находится в зависимости от цены производства, транспортировки и хранения водорода. Надлежащие технологии находятся на стадии исследования и разработки, что приблизительно продлится 25 лет, но даже в более отдаленной перспективе они остаются очень дорогими.

Гибридные схемы производства теплоты и электроэнергии на базе совмещенных циклов. Интеграция разных первичных энергоэлементов, конверсионных циклов и процессов может существенно повысить общий КПД системы энергоснабжения. Так, за счет объединения ТЭ, работающих при высочайшей температуре (650–1000 °С), и ГТУ в гибридный агрегат можно довести КПД до 70%.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Технологии использования возобновляемых источников энергии довольно отлично известны: ветро- и гидроэнергетические установки, сжигание древесной и иной биомассы, геотермальные и приливные технологии, термические и фотоэлектрические гелиоустановки и т. п. Они находятся на разной стадии готовности к коммерческому использованию: от более конкурентоспособных технологий (ветроэнергетические установки) до технических разработок, к примеру, органических фотоэлементов на базе нанотехнологий.

Для государств Северной Европы и для Рф, возможно, технологически более многообещающим источником является сжигание древесной биомассы. В целом в мире сжигание биомассы к 2050 г. может покрывать 15% энергопотребления, при всем этом основной эффект получается из-за децентрализованной энергетики. Технологически и экономически уже на данный момент можно поменять до 10% угля на биомассу. В предстоящем развитие технологии газификации и сжигания биомассы и использования газовых турбин (biomass integrated gasifier/gas turbine – BIG/Gt) смотрится более многообещающим, но пока эта разработка развивается очень медлительно и остается дорогой.

Атомная энергия. В ближайшее время ворачивается энтузиазм к строительству новых атомных станций с внедрением более неопасных реакторов, не связанных с образованием оружейного плутония (технологии III и IV поколения). Тут сказывается желание понизить зависимость от импортируемых энергоэлементов. В то же время роль атомной энергии в решении климатической препядствия в любом случае очень невелика. На это накладывается нерешенность препядствия захоронения отработанного горючего и утилизации облученного оборудования. Потому сохраняется негативное отношение общественности к этому виду энергии.

Улавливание и захоронение СО2. Нынешний завышенный энтузиазм к технологиям улавливания и хранения СО2 (CO2 capture and storage, CCS) связан со понижением выбросов СО2, когда нет реальных способностей конструктивно уменьшить масштабы сжигания углеводородного горючего [4]. В отличие от других технологий, CCS не сберегает горючее и не способствует решению других задач, не считая трудности конфигурации климата.

Разработка включает улавливание и сепарирование СО2; транспортировку и фактически закачивание и хранение. В принципе ни один из компонент не связан с разработкой каких-либо новых технологических решений, но долгосрочное захоронение больших объемов задачка–недешевая и энергоемкая. Накладность установок для сепарации (отделения СО2 из выбросов) делает технологию относительно выгодной только для больших источников. Относительно высочайшая цена транспортировки принуждает находить подземные резервуары неподалеку от источника выбросов, при этом непременно глубочайшие, от 600 м и поболее. Потому в дальнейшем сначала можно ждать внедрения CCS на больших, современных угольных станциях.

Возможно, применение CCS начнется со смежных технологий, а именно использования СО2 для наилучшего извлечения нефти, газа либо угольного метана. С учетом большей дали нефтяных пластов и роста цен на нефть CCS, может стать коммерчески симпатичной в самом не далеком будущем. Тут основной вопрос – вероятные утечки СО2 в атмосферу, в особенности пока нет опыта долговременной эксплуатации.

Другая мысль CCS связана с закачкой водянистого либо газообразного СО2 в глубочайшие слои океана. В принципе, в океане может быть растворено неограниченное количество СО2, которое фактически не будет выходить в атмосферу. Как вариант, СО2 может по трубопроводам закачиваться в глубоководные впадины и создавать собственного рода озера. Пока данная мысль находится в стадии исходной разработки и анализа воздействия на океанские экосистемы.

В истинной работе рассмотрены варианты внедрения угольных технологий, разработанных ООО «Сибтермо» [5] и основанных на новеньком методе неполной газификации угля в кипящем слое с получением буроугольного полукокса и полной газификации угля в автотермическом слоевом газификаторе на базе эффекта «оборотной термический волны», для получения термический энергии на местности будущей Красноярской агломерации.

Проведено сопоставление эмиссии СО2 и выбросов загрязняющих атмосферу веществ при получении термический энергии при помощи рассмотренных технологий и классической технологии сжигания угля (на примере 3-х огромнейших ТЭЦ г. Красноярска).

Определение эмиссии СО2 производилось в согласовании с руководящими документами по проведению государственных инвентаризаций парниковых газов, одобренных Рамочной Конвенцией ООН об изменении климата (РКИК ООН).

Выполнена оценка общественного вреда от загрязнения воздуха при сжигании горючего по технологиям газификации и классической технологии.

 

1 Эмиссия парниковых газов и загрязнение среды

 

1.1 Эмиссия парниковых газов, международное положение

Объем глобальных выбросов углекислого газа (CO2) с 2000 по 2007 год рос вчетверо резвее, чем в течение предшествующего десятилетия, – повышение выбросов происходило резвее, чем предсказывалось в наихудшем из сценариев конфигурации климата [6]. При всем этом отмечается, что способность среды абсорбировать выбросы уменьшилась.

Новые данные показывают неслыханное и поразительное ускорение выбросов CO2 в атмосферу, невзирая на предпринимаемые в течение 10 лет международные усилия по борьбе с потеплением климата [6].

Китай опередил США и стал первой государством в мире по выбросам CO2 в 2007 году.

До 2005 года наибольшее количество углекислого газа производили промышленно продвинутые страны, но сейчас 53% выбросов приходится на развивающиеся страны.

Больший рост выбросов отмечается, приемущественно, в Китае и Индии, тогда как в продвинутых странах наблюдался более неспешный рост.

По утверждению GCP, объем глобальных выбросов CO2 достигнул эквивалента 10 млрд тонн углерода, из которых 8,5 млрд тонн выполняются за счет сжигания ископаемого горючего.

Таблица 1.1 – Количественные ограничения выбросов парниковых газов, определенные Киотским протоколом для индустриально развитых и развивающихся государств

Киотский протокол – 1-ый интернациональный документ, использующий рыночные механизмы для решения глобальных экологических заморочек. В протоколе, а именно, предусматривается схема переуступки единиц сокращения выбросов парниковых газов — так именуемых квот, под которыми предполагается установленный СО2-эквивалент.

Страна, превысившая норму, имеет возможность получать квоты у тех государств, где по каким-то причинам вышло понижение выбросов. В итоге — достигается баланс. По воззрению интернациональных профессионалов ООН, это единственный механизм, при помощи которого в конечном итоге произойдет понижение выброса СО2.

Принципиально отметить, что в текущее время выброс парниковых газов в Рф приблизительно на 30% меньше, чем в 1990 году, при этом все прогнозы молвят, что, как минимум, в наиблежайшее десятилетие уровень 1990 г. превышен не будет. Таким макаром, обязательства, налагаемые на Россию Киотским Протоколом, не будут оказывать сдерживающего воздействия на рост российскей экономики. Не считая того, в Рф существует система учета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Механизм переуступки квот на выбросы парниковых газов делает уникальную возможность для действенного вербования забугорных инвестиций и современных энерго- и ресурсосберегающих технологий в российскую экономику.

Выброс углекислого газа, сначала, связан с предприятиями электроэнергетики. В Рф около 70% выбросов углекислого газа в атмосферу производят предприятия энергетической отрасли [7]. По оценкам профессионалов, роль Рф в интернациональной системе переуступки квот на выбросы парниковых газов позволит привлечь в российскую экономику значимые инвестиции. Получаемые средства будут расходоваться лишь на реализацию мер по еще большему понижению выбросов парниковых газов. Эти шаги связаны, сначала, с модернизацией электроэнергетического оборудования для понижения энергоемкости производства и других целей.

 

1.2. Выбросы парниковых газов в РФ

В 2004 г. Русской Федерацией был ратифицирован Киотский протокол к Конвенции по изменению климата, в согласовании с которым были приняты обязательства ограничить выбросы парниковых газов до 2012 г. уровнем 1990 г., а фторсодержащих газов уровнем 1995 г. Согласно подготовительным данным Росгидромета, выбросы парниковых газов в Русской Федерации в 2003 г. составили около 2040 млн. т. СО2, что на 1000 млн. т меньше, чем в 1990 г. (Набросок 1.1) [7].

Основная толика выбросов парниковых газов в Русской Федерации (более 80%) приходится на энергетику, индустрия, жилищно-коммунальное хозяйство.

Рис. 1.1 – Антропогенные выбросы парниковых газов в 1990–2003 гг. (млн. т. СО2-эквивалента в год) [7]

Общий выброс парниковых газов в РФ, без учета землепользования, конфигураций землепользования и лесного хозяйства в 2006 г. составил 2 190,4 млн. т. CO2-экв., что соответствует 107,5 % выброса 2000 г. либо 65,9 % выброса 1990 г.

Оценки выбросов и поглощения парниковых газов по секторам представлены в Таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Выбросы парниковых газов по секторам экономики РФ [7]

 

1.3 Загрязнение среды выбросами объектов теплоэнергетического комплекса

Воздействие энергетических установок термических электрических станций на окружающую среду определяется выбросами в атмосферу, гидросферу и литосферу товаров сгорания, неиспользуемой теплоты и грязной воды.

Основными компонентами вещественного взаимодействия ТЭС с атмосферой являются продукты сгорания органического горючего в воздушной среде. В процессе сгорания составляющие органического горючего (С – углерод, Н – водород, O – кислород, N – азот, S – сера, H2O – влага, минеральная часть – Si и др.) преобразуются в дымовые газы, содержащие при полном сгорании CO2 – углекислый газ, H2O – водяные пары, N – азот, NO –окись, NO2 – двуокись и NOx – другие оксиды азота, SO – серный и SO2 – сернистый ангидрид, а при неполном сгорании еще CO – угарный газ, CH3, C2H4 и другие углеводороды, также канцерогенные вещества золы и шлака (минеральные части горючего, томные металлы, редкоземельные элементы, фтористые соединения и прочее).

Энерго объекты оказывают и другие вещественные воздействия на окружающую среду. Так, завышенное содержание серы в начальном горючем вызывает усиленную коррозию поверхностей нагрева котлов, постепенное разрушение строй конструкций и неживых природных образований.

Эксплуатация термических электрических станций, городских и производственных котельных, работающих на жестком горючем (каменные и бурые угли, сланец), дает существенное количество отходов в виде золы и шлака. Можно сказать, что земли, отведенные под золошлаковые отходы, фактически невозвратно изымаются из полезного использования. Золошлаки могут содержать микропримеси разных частей. Источниками завышенной экологической угрозы (по сопоставлению с осадочными породами золошлаков) могут служить микроэлементы Ni, Co, Cd, Pb, Sb, Cr, Mn, As, Hg и др., если содержание неких из их значительно выше фоновых.

Предприятия теплоэнергетики является массивным источником загрязнения рудными, радиоактивными элементами и мелкозернистой золой городской среды. Все это, попадая в человеческий организм по трофическим цепям, вызывает широкий диапазон тяжелейших болезней.

В общем случае оценка социальной цены энергии включает:

* оценку объемов выбросов энергетическим объектом;

* исследование воздействия выбросов на здоровье людей и составляющие экосистемы;

* трансформацию физического вреда в стоимостную оценку;

* применение стоимостных оценок при выборе новых энергетических технологий.

Расчет стоимостной оценки общественного вреда в системах теплоснабжения огромных городов, выполненный в [1], представлен в Таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Соц вред от загрязнения воздуха при сжигании горючего в системах теплоснабжения Рф (большие городка, в ценах середины 80-х годов) [1]

Из Таблицы 1.3 видно, что:

1. при использовании угля в качестве горючего для котельных в черте городка соц вред сравним с ценой горючего, а для личных установок превысил стоимость в пару раз;

2. сложившаяся практика предугадывала первоочередное внедрение природного газа на ТЭЦ, а котельные и маленькие теплогенераторы в силу трудности подвода газа нередко продолжают спаливать уголь (в особенности в Сибири, Красноярские ТЭЦ в большей степени употребляют уголь). При всем этом, как надо из таблицы, перевод на газ котельных содействует понижению ущербов более, чем на 50 руб./тнэ, а личных установок – даже на 150 руб.;

3. больший вред в стоимостном выражении наблюдается для населения;

4. при сжигании твердого горючего преобладающая часть вреда появляется от воздействия выбросов диоксида серы и золы.

Соц цена энергии должна стать активным инвентарем в формировании энергетической стратегии, соответственной принципам устойчивого развития.

 

2 Расчет эмиссии двуокиси углерода (СО2) при сжигании горючего

 

2.1 Методология расчета

Методической основой расчетов служат надлежащие руководящие документы Межправительственной группы профессионалов по изменению климата (МГЭИК) и руководящие документы по проведению государственных инвентаризаций парниковых газов, одобренные Рамочной Конвенцией ООН об изменении климата (РКИК ООН).

Методология МГЭИК разбивает расчет эмиссий двуокиси углерода при сжигании горючего на 6 шагов [9]:

Шаг 1: Определение фактического употребления горючего в натуральных единицах

Шаг 2: Преобразование в общие энерго единицы

Шаг 3: Умножение на величину коэффициентов эмиссий для расчета содержания углерода

Шаг 4: Расчет скопленного углерода

Шаг 5: Корректировка на неокисленный углерод

Шаг 6: Пересчет окисленного углерода в эмиссии СО2

 

2.2 Расчет эмиссии СО2

Одной из главных задач проекта является обоснование эколого-климатической эффективности внедрения технологии газификации угля на базе неполной газификации в кипящем слое с получением буроугольного полукокса для теплоэнергетики г. Красноярска [11]. Для этого производились расчеты эмиссии СО2 от больших ТЭЦ Красноярского краевого центра (ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3), исходя из фактических черт употребления угля и выработки общей термический энергии (по состоянию на 2007 год), которые потом сопоставлялись с плодами расчетов эмиссии СО2 по технологии газификации при том же количестве выработки термический энергии.

 

2.2.1 Расчет эмиссии СО2 для огромнейших ТЭЦ г. Красноярска (обычная разработка)

Термическая энергия в регионе делается и реализуется несколькими группами производителей, в том числе государственными и ведомственными котельными. В общем объеме отпускаемой термический энергии толика компаний ОАО «Красноярская генерация» является большей. Так, по г. Красноярску из общего объема 15 млн. Гкал на долю компании приходится 13 млн. Гкал. В структуре ОАО «Красноярская генерация» большая толика произведенной термический энергии приходится на ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, расположенные в г. Красноярске, – около 70%. Количество горючего (угля), израсходованного на получение этого количества термический энергии, и характеристики отпуска термический и электронной энергии в 2007 году представлены в Таблице 2.1 [10].

Таблица 2.1 – Расход угля Отпуск термический и электронной энергии наикрупнейшими ТЭЦ г. Красноярска в 2007 году [10]

Из этого количества термический энергии (Таблица 2.1) – 15% потребляет индустрия, 1% – транспорт и связь, 62% – ЖКХ, 8% – население, 15% – остальные отрасли [10].

Эмиссия диоксида углерода рассчитывалась на базе «Пересмотренных руководящих принципов государственной инвентаризации парниковых газов» [9] и, исходя из фактического расхода угля 3-мя наикрупнейшими ТЭЦ г. Красноярска, в 2007 году составила 8 300 тыс. т.

2.2.2 Расчет эмиссии СО2 для технологии неполной газификации

В расчетах применены характеристики технологии «Сибтермо-КС», которая базирована на новеньком методе неполной газификации угля в кипящем слое с получением буроугольного полукокса.

Внедрение этой технологии позволяет при сжигании 1 330 тыс. т угля/год (угли разреза «Березовский», марки 2Б) получить термический энергии в количестве 1,24 млн. Гкал/год и 330 тыс. т/год буроугольного полукокса (по данным Отчета по НИР «Технико-экономическое исследование по расширению сферы внедрения углей ОАО «СУЭК», [11]).

Для выработки энергии в количестве 13,5 млн. Гкал, включая термическую и электронную энергию (вырабатываемую 3-мя наикрупнейшими Красноярскими ТЭЦ в год), по технологии газификации нужно 8 900 тыс. т угля.

По технологии «Сибтермо-КС» выбросы в атмосферу осуществляются при сжигании газа, приобретенного в процессе коксования угля, потому расчет эмиссии СО2 производился по объему газа. При сжигании 8 900 тыс. т угля появляется 28 000 млн. м3 горючего газа. Согласно расчетам, выполненным по методологии МГЭИК [9], эмиссия парниковых газов (СО2) по технологии газификации, при условии перевода на эту технологию 3-х огромнейших ТЭЦ г. Красноярска, составит 5 200 тыс. т. При всем этом будет получено 2 800 тыс. т полукокса, в каком толика скопленного углерода составит 2 300 тыс. т С. Что в свою очередь составляет 60% от углерода, содержащегося в начальном сырье массой 8 900 тыс. т.

 

2.2.3 Расчет эмиссии СО2 для технологии полной газификации

Компанией «Сибтермо» разработана и реализована в опытно-промышленном масштабе разработка получения газа в автотермическом слоевом газификаторе на базе эффекта «оборотной термический волны». Разработка разработана ООО «Сибтермо» (патенты РФ №№ 2014882, 2014883, заявки №№ 2005123736, 2005124137) [12].

В расчетах применены характеристики технологии на методе полной газификации угля с образованием твердого углеродсодержащего остатка (угольного шлака).

Внедрение этой технологии позволяет при сжигании 4 964 т угля/год (Кокуйское месторождение) получить термический энергии в количестве 16 046 Гкал/год [12].

Для выработки термический энергии в количестве 13,5 млн. Гкал (количество термический энергии, вырабатываемое 3-мя наикрупнейшими Красноярскими ТЭЦ в год) по технологии полной газификации нужно 5 000 тыс. т угля.

По технологии полной газификации выбросы в атмосферу осуществляются при сжигании газа, потому расчет эмиссии СО2 производился по объему газа. При сжигании 5 000 тыс. т угля появляется 15 700 млн. м3 горючего газа. Таким макаром, расчетная эмиссия парниковых газов (СО2) по технологии газификации, при условии перевода на эту технологию 3-х больших ТЭЦ г. Красноярска, составит 8 600 тыс. т.

 

2.2.4 Сопоставление технологий сжигания угля по выбросам парниковых газов в согласовании с требованиями методик МГЭИК

В Таблице 2.2 представлено сопоставление классической технологии получения термический энергии (на примере 3-х ТЭЦ) с технологией «Сибтермо-КС».

Таблица 2.2 – Сопоставление классической технологии получения тепла с технологией «Сибтермо-КС»

Можно созидать (Таблица 2.2) что при использовании классической технологии (на примере 3-х огромнейших ТЭЦ Красноярска) эмиссия CO2 составляет 1,7 тонны на 1 тонну угля (либо 600 кг CO2 на 1 Гкал), при технологии неполной газификации с образованием полукокса – 590 кг на 1 тонну угля (400 кг CO2 на 1 Гкал), а при полной газификации – 1,7 т на 1 тонну угля (600 кг CO2 на 1 Гкал).

Понижение выбросов СО2 при технологии неполной газификации с образованием полукокса составляет приблизительно 35% по сопоставлению с классической технологией сжигания горючего. Этот эффект достигается за сет депонирования углерода в полукоксе.

 

3 Перспективы и эколого-социальные эффекты внедрения технологии газификации угля

Работа компаний теплоэнергетики сопровождается выбросами в атмосферу огромного количества загрязняющих веществ. Так, к примеру, суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу Красноярской ТЭЦ-1 представлены 13 жесткими (нелетучими) и 23 газообразными и водянистыми соединениями (Таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу Красноярской ТЭЦ-1 (в целом по предприятию), т/год [13]

В Таблице 3.2 приведены свойства выбросов загрязняющих веществ при выработке термический энергии.

Таблица 3.2 – Удельные свойства выбросов загрязняющих веществ при выработке термический энергии наикрупнейшими ТЭЦ г. Красноярска

Ниже выполнена оценка выбросов загрязняющих веществ при выработке термический энергии по технологии «Сибтермо-КС». Для этого использовались информация о содержании загрязняющих веществ в выходных газах [14]. Согласно этим данным в 1 м3 отходящих дымовых газов при газификации угля содержится 0,072 г оксидов азота (в пересчете на диоксид), 0,023 г диоксида серы, 0,068 г оксида углерода (II). Количество бенз(а)пирена и пыль в отходящих дымовых газах фактически отсутствует (< 0,05 мкг/м3 бенз(а)пирена и <0,01 г/м3 пыли). Не считая того, в технологии не употребляется вода и не делается конденсация товаров теплового разложения, как следует, отсутствуют технологические сточные воды и не образуются подсмольные воды, оксибензолы и остальные вредные примеси.

Для сопоставления выбросов по классической технологии и «Сибтермо-КС» были рассчитаны удельные выбросы по отношению к количеству сжигаемого угля.

В Таблице 3.3 приведены объемы выбросов главных загрязняющих веществ исходя из сжигаемого количества угля и образующихся дымовых газов.

Таблица 3.3 – Сопоставление классической технологии сжигания угля с технологией «Сибтермо-КС» по характеристикам выбросов главных загрязняющих веществ

Можно созидать, что применение технологии «Сибтермо-КС» позволяет в отдельных случаях на 96% уменьшить выброс главных загрязняющих веществ (для диоксида серы – на 96%, для оксидов азота – на 84%, для пыли – на 83%). При всем этом может быть маленькое (на 4%) увеличении эмиссии СО, но его вклад в общий объем выбросов составляет сотые толики процента.

Принципиальным достоинством использования технологии газификации угля в теплоэнергетике является отсутствие выбросов жестких частиц (пыли), которые представляют собой разнородную смесь органических и неорганических веществ (Таблица 3.1). Это связано с тем, что сжигают согласно технологии не уголь, а газ, который появляется при нагревании угля. Вся пыль остается или в коксе (в случае неполной газификации), или в золе (в случае полной газификации).

В Таблице 3.4 приведены оценки общественного вреда на местности г. Красноярска от выбросов загрязняющих веществ для классической технологии и «Сибтермо-КС» по методике [1].

Методика [1] позволяет оценить соц вред только для классической технологии. Вред от выбросов загрязняющих веществ по технологии «Сибтермо-КС» оценивался в показателях понижения выбросов главных загрязняющих веществ (Таблица 3.3).

Таблица 3.4 – Оценка общественного вреда от выбросов главных загрязняющих веществ по классической технологии и «Сибтермо-КС»

Можно созидать, что применение технологии газификации в теплоэнергетике г. Красноярска приведет к понижению общественного вреда от выбросов главных загрязняющих веществ в сумме на 94%. При всем этом повышение выбросов оксида углерода не приводит к повышению общественного вреда (Таблица 3.4).

 

Заключение

В истинной работе рассмотрены варианты внедрения угольных технологий, основанных на новеньком методе неполной газификации угля в кипящем слое с получением буроугольного полукокса и полной газификации угля в автотермическом слоевом газификаторе на базе эффекта «оборотной термический волны», для получения термический энергии на местности будущей Красноярской агломерации.

Проведено сопоставление эмиссии СО2 и выбросов загрязняющих атмосферу веществ при получении термический энергии при помощи рассмотренных технологий газификации и классической технологии сжигания угля (на примере 3-х больших ТЭЦ г. Красноярска). Определение эмиссии СО2 производилось в согласовании с руководящими документами по проведению государственных инвентаризаций парниковых газов, одобренных Рамочной Конвенцией ООН об изменении климата (РКИК ООН).

Показано, что при использовании классической технологии (на примере 3-х больших ТЭЦ Красноярска) эмиссия CO2 составляет 1,7 тонны на 1 тонну угля (либо 600 кг CO2 на 1 Гкал), при технологии неполной газификации с образованием полукокса – 590 кг на 1 тонну угля (400 кг CO2 на 1 Гкал), а при полной газификации – 1,7 т на 1 тонну угля (600 кг CO2 на 1 Гкал).

Понижение выбросов СО2 при технологии неполной газификации с образованием полукокса составляет приблизительно 35% по сопоставлению с классической технологией сжигания горючего. Этот эффект достигается за сет депонирования углерода в полукоксе.

Применение технологии газификации позволяет в отдельных случаях на 96% уменьшить выброс главных загрязняющих веществ (для диоксида серы – на 96%, для оксидов азота – на 84%, для пыли – на 83 %) и понизить соц вред от их выбросов в сумме на 96%.

Одним из главных преимуществ технологии газификации угля исходя из убеждений экологической эффективности в теплоэнергетике является отсутствие выбросов жестких частиц (пыли), которые представляют собой разнородную смесь органических и неорганических веществ.

 

Перечень литературы

1. Синяк Ю.В. Концепция глобального экономического развития и энергетика / Задачи прогнозирования, №3, МАИК, «Наука», Москва, 1998, 56-73.

2. Agenda 21. Report of UN Conference on Environment and Development. Rio de Janeiro, 3-14 June 1994.

3. Развитие энергетики и понижение выбросов парниковых газов / Грицевич И. Г., Кокорин А. О., Луговой О. В., Сафонов Г. В.: WWF Рф, 2006. – 16 с.

4. МГЭИК, 2005 (IPCC): Улавливание и хранение двуокиси углерода (Carbon dioxide Capture and Storage – CCS). Доклад Межправительственной группы профессионалов по изменению климата.– 443 с. www.ipcc.ch

5. Степанов С.Г., Морозов А.Б., Исламов С.Р. Разработка совмещенного производства полукокса и горючего газа из угля // Уголь. – 2002. – № 6. – С. 27-29.

6. Dolman JA, Valentini R, Freibauer A, editors (2008) The Continental-Scale Greenhouse Gas Balance of Europe. Ecological Studies 204. Springer, Berlin. Ecological Studies, Vol. 203. ISBN: 978-0-387-76568-6

7. Обзор состояния и загрязнения среды в РФ за 2007 г. Росгидромет, 2008. – 164 с.

8. Башмаков И. А., 2006. Способности для реализации проектов совместного воплощения в системах теплоснабжения. Доклад на конференции «Россия и углеродный рынок» Москва, 28–29 июня 2006 г. www.ncsf.ru

9. Пересмотренные руководящие принципы государственной инвентаризации парниковых газов / Под ред. Д.Т. Хоутона, Л.Г. Мейра Филхо, Б. Лим, К. Трентон, И. Мамату, Я. Бондуки, Д.Д. Григгса, Б.А. Калландера. – Межправительственная группа профессионалов по изменению климата, 1996, Том 1-3.

10. http://www.tgk13.ru/production/consumption/ – ОАО «Енисейская ТГК (ТГК 13)».

11. Отчет по НИР «Технико-экономическое исследование по расширению сферы внедрения углей ОАО «СУЭК», Красноярск, 2007.

12. Отчет по НИОКР «Разработка технологических решений участка газификации угля для завода «Сибирский магнезит», Красноярск, 2007. – 38 с.

13. Сводный том максимально допустимых выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух для г. Красноярска. Том II. Банк данных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Индустрия. Книжка VI. Часть IV. Предприятия Ленинского района, 2005.

14. Протокол КХА № 18г от 18.05.2004 г, ФГУ ЦЛАТИ по Красноярскому краю.