Очистка дымовых газов после электрофильтров на Харанорской ГРЭС

В настоящее время многие теплоэлектростанции на территории РФ используют в качестве топлива уголь. Запасы твердого топлива значительно превосходят запасы жидкого и газообразного, в связи с чем, его потребление только растет. Но при сжигании твердого топлива эмиссия вредных веществ значительно выше, чем при сжигании газа, причем это касается не только газов. Зачастую выбросы от угольных электростанций превышают предельно допустимые концентрации, в связи с чем в рамках энергосбережения производится перевод угольных котельных и электростанций на сжигание газа. Кроме того, на выработку 1 кВтч электроэнергии на угольных электростанциях расход топлива существенно выше по сравнению с газовыми. Но на сегодняшний день не имеется возможности полного отказа от угля как вида топлива, и вероятность отказа от данного топлива в будущем крайне мала. Поэтому перспективным направлением энергосбережения является снижение эмиссии вредных веществ при сжигании твердого топлива. Это непростая задача, т.к. срок окупаемости подобных мероприятий, как правило, превышает нормативный.

Экология угольной генерации – важный аспект, на который обращают внимание, анализируя сценарии развития угольной генерации. [6]

Подавляющее большинство российских ТЭС не оснащено современными системами подавления выбросов (современные электрофильтры и рукавные фильтры, сероочистка, азотоочистка), поэтому ключевым фактором, определяющим количество выбросов, становится качество сжигаемого на конкретной станции угля (как правило, заложенного при проектировании этой станции 30-60 лет назад или близкого к нему по характеристикам).

Харанорская ГРЭС расположена в пос.Ясногорск Забайкальского края и обеспечивает тепловой и электрической энергией потребителей поселка, а также объекты горнодобывающей промышленности, железнодорожного транспорта, сельского хозяйства. Суммарная электрическая мощность установленных конденсационных турбин составляет 665 МВт, тепловая мощность – 329,3 Гкал/ч.

Основным топливом является бурый уголь Уртуйского и Харанорского угольных разрезов, резервное топливо – мазут.

На Харанорской ТЭЦ работают два энергоблока «турбина К-215-130+котел ТПЕ-216» и один энергоблок «турбина К-225-12.8-3Р+котел Еп-630-13.8 565БТ». Блоки имеют одинаковую электрическую мощность и одинаковую номинальную паропроизводительность котельных агрегатов – 670 т/ч. Основными загрязняющими веществами при сжигании в котельных агрегатах угля являются твердые частицы, оксиды серы и азота. Существующая система очистки дымовых газов представлена электрофильтрами ЭГА-2-56-12-6-4, которые осуществляют очистку от твердых золовых частиц. Предлагается внедрение дополнительной системы очистки от оксидов серы и азота.

Установленная мощность трех водогрейных котлов пускоотопительной котельной ГРЭС составляет 105 Гкал/ч или 919,8 тыс. Гкал/год, что превышает потребности населенного пункта в тепловой энергии. В настоящее время для ГП Ясногорское выделена тепловая нагрузка 36 Гкал/час, фактическая присоединенная нагрузка составляет 24,63 Гкал/ч (23,7 Гкал/ч на отопление и 0,9 Гкал/ч на ГВС). Общий резерв тепловой мощности ГРЭС составляет 36,37 Гкал/ч. Резерв тепловой мощности нетто 11,37 Гкал/ч.

Система очистки дымовых газов устанавливается после каждого котельного агрегата из трех энергоблоков Харанорской ТЭЦ. Нормативы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от паровых котлов паропроизводительностью более 420 т/ч при сжигании бурого угля. В качестве золоуловителей для котельных агрегатов Еп-670-13,8-545 БТ (ТПЕ-216) предусмотрены электрофильтры ЭГА-2-56-12-6-4 (2 комплекта).

Снижение эмиссии углекислого газа от стационарных теплоэлектростанций даже на 5% является технически сложной и не всегда экономически оправданной задачей. [5] Кроме того, оценить действительный эффект от снижения выбросов возможно только в долгосрочной перспективе.

При этом если снижение выбросов углеводородов в атмосферу всегда экономически целесообразно, то снижение эмиссии диоксида углерода влечет за собой огромные капитальные затраты. Поэтому кроме разработки технологий по улавливанию диоксида углерода усилия мирового сообщества должны быть направлены на увеличение энергоэффективности производства, снижение удельной энергоемкости производства, а также снижение удельного расхода топлива на единицу продукции. [7]

Так, в качестве современного решения является ввод мощностей на базе парогазовых установок с газификацией       угля. По сравнению с угольными электростанциями, такие установки выбрасывают в два раза меньше диоксида углерода на единицу производимой энергии.

Для улавливания углекислого газа из дымовых газов наибольшее распространение получил абсорбционный циклический процесс.

Технологическая схема очистки дымовых газов представлена на рисунке 1.

В схему до электрофильтров включается установка десульфуризации в скруббере Вентури с использованием суспензии соды.

Рисунок 1 – Технологическая схема очистки дымовых газов

Одновременно с удалением SO₂ в скруббере Вентури осуществляется частичная  очистка от твердых золовых частиц, которая благоприятно сказывается на работе электрофильтров и уменьшает количество их капитальных и текущих ремонтов. [4]

После скруббера дымовых производится очистка газов от твердых частиц на электрофильтрах, после чего газы поступают в реактор селективной каталитической очистки от окислов азота.

Сероочистка дымовых газов ТЭЦ осуществляется с применением скрубберов Вентури. Процесс идет с применением реагента – соды. При этом при очистке проходят следующие химические реакции:

2NaOH+SO₂=Na₂SO₃+H₂O;

Na₂СО₃+SO₂=Na₂SO₃+СО₂;

Na₂СО₃+Са(ОН)₂+2Н₂О+0,5О₂=СаSO4∙2H₂O+2NaOH.

Оборудование системы очистки дымовых газов от SO₂ и NO_x позволяет снизить концентрацию газов:

- по SO₂ – от 5061,8 до 700 мг/м³;

- по NO_x – от 500 до 200 мг/м³.

После скруббера дымовых производится очистка газов от твердых частиц на электрофильтрах, после чего газы поступают в реактор селективной каталитической очистки от окислов азота.

Капитальные вложения определяются в проекты модернизации на ТЭС согласно правилам определения величин типовых и предельных капитальных затрат на реализацию проектов модернизации генерирующих объектов ТЭС на основе и по методике, представленной в Постановлении Правительства РФ от 25.01.2019 № 43 «О проведении отборов проектов модернизации генерирующих объектов тепловых электростанций» [2]. Данная методика применяется не только для котельного и турбинного оборудования, но и для проектов сопутствующих мероприятий, в том числе: замена (установка) золоулавливающего оборудования, замена (строительство) дымовой трубы на угольной электростанции.

Расчет инвестиций в проект, а также экономического эффекта от его реализации производится для одного энергоблока из трех, т.к. производительность систем очистки для трех блоков одинакова.

Согласно подсчетам суммарные капитальные затраты в проект очистки газов от NO_x и SO₂ на Харанорской ГРЭС для одного энергоблока составляют 259,53 млн.руб. Начальные инвестиции в проект  окупаются за 12,7 лет.

Таким образом, между энергоэффективностью и экологической эффективностью на ТЭЦ существует прямая связь. Рост энергоэффективности на ТЭС приводит к уменьшению потребности в топливе для выработки фиксированного количества электроэнергии. Меньшее количество сжигаемого топлива означает пропорционально меньшее количество выбросов. Модернизация системы газоочистки Харанорской ГРЭС обусловлена требованиям законодательства, экологической и экономической необходимостью.