Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран
Выполнен анализ современных технологий совместного сжигания биомассы и угля. Собраны данные по существующим в мире электростанциям, реализующим различные технологии совместного сжигания. Рассмотрены новые, находящиеся в стадии исследования технологии, такие как совместное сжигание пиротоплива из био...
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61393 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран / Н.М. Жовмир, Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная, М.В. Сленкин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 75-85. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61393 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-613932025-02-23T18:03:01Z Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран Review of technologies for the co-combustion of biomass and coal on foreign power plants Жовмир, Н.М. Гелетуха, Г.Г. Железная, Т.А. Сленкин, М.В. Нетрадиционная энергетика Выполнен анализ современных технологий совместного сжигания биомассы и угля. Собраны данные по существующим в мире электростанциям, реализующим различные технологии совместного сжигания. Рассмотрены новые, находящиеся в стадии исследования технологии, такие как совместное сжигание пиротоплива из биомассы с углем или природным газом. Проанализированы перспективы Украины по внедрению технологий совместного сжигания биомассы и традиционных топлив. Проведено аналіз сучасних технологій сумісного спалювання біомаси і вугілля. Зібрано дані по існуючим у світі електростанціям, що реалізують різні технології сумісного спалювання. Розглянуто нові, що знаходяться ще у стадії дослідження технології, такі як сумісне спалювання піропалива з біомаси і вугілля або природного газу. Проаналізовано перспективи України щодо впровадження технологій сумісного спалювання біомаси та традиційних палив. Modern technologies for co-combustion of biomass and coal are analyzed. Data on existing in the world power plants which realize different co-combustion technologies are collected. New co-combustion technologies, which have been still under investigation, are reviewed, for example, co-combustion of bio-oils with coal or natural gas. Prospects for Ukraine as for the introduction of co-combustion of biomass and fossil fuels are considered. 2006 Article Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран / Н.М. Жовмир, Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная, М.В. Сленкин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 75-85. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61393 662.638 ru Промышленная теплотехника application/pdf Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика |
| spellingShingle |
Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика Жовмир, Н.М. Гелетуха, Г.Г. Железная, Т.А. Сленкин, М.В. Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран Промышленная теплотехника |
| description |
Выполнен анализ современных технологий совместного сжигания биомассы и угля. Собраны данные по существующим в мире электростанциям, реализующим различные технологии совместного сжигания. Рассмотрены новые, находящиеся в стадии исследования технологии, такие как совместное сжигание пиротоплива из биомассы с углем или природным газом. Проанализированы перспективы Украины по внедрению технологий совместного сжигания биомассы и традиционных топлив. |
| format |
Article |
| author |
Жовмир, Н.М. Гелетуха, Г.Г. Железная, Т.А. Сленкин, М.В. |
| author_facet |
Жовмир, Н.М. Гелетуха, Г.Г. Железная, Т.А. Сленкин, М.В. |
| author_sort |
Жовмир, Н.М. |
| title |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| title_short |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| title_full |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| title_fullStr |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| title_full_unstemmed |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| title_sort |
обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Нетрадиционная энергетика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61393 |
| citation_txt |
Обзор технологий совместного сжигания биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран / Н.М. Жовмир, Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная, М.В. Сленкин // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 2. — С. 75-85. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT žovmirnm obzortehnologijsovmestnogosžiganiâbiomassyiuglânaélektričeskihstanciâhzarubežnyhstran AT geletuhagg obzortehnologijsovmestnogosžiganiâbiomassyiuglânaélektričeskihstanciâhzarubežnyhstran AT železnaâta obzortehnologijsovmestnogosžiganiâbiomassyiuglânaélektričeskihstanciâhzarubežnyhstran AT slenkinmv obzortehnologijsovmestnogosžiganiâbiomassyiuglânaélektričeskihstanciâhzarubežnyhstran AT žovmirnm reviewoftechnologiesforthecocombustionofbiomassandcoalonforeignpowerplants AT geletuhagg reviewoftechnologiesforthecocombustionofbiomassandcoalonforeignpowerplants AT železnaâta reviewoftechnologiesforthecocombustionofbiomassandcoalonforeignpowerplants AT slenkinmv reviewoftechnologiesforthecocombustionofbiomassandcoalonforeignpowerplants |
| first_indexed |
2025-11-24T07:55:53Z |
| last_indexed |
2025-11-24T07:55:53Z |
| _version_ |
1849657607006978048 |
| fulltext |
11. E. Kurkela, M. Nieminen, P. Simell.
Development and commercialization of biomass and
waste gasification technologies from reliable and
robust co;firing plants towards synthesis gas produc;
tion and advanced power cycles. Proc. of Second
World Biomass Conference, 10–14 May 2004, Rome,
Italy, pр. 10–15.
12. B. Staiger, L. Wiese, R. Berger, K.R.G. Hein.
Investigation of existing gasifier and gas cleaning
technologies with an online tar measuring system.
Proc. of Second World Biomass Conference, 10–14
May 2004, Rome, Italy, pр. 789–792.
13. A.A.C.M. Beenackers, K. Maniatis.
Gasification technologies for heat and power bio;
mass. Proc. of EuroSun’96, September 16–19, 1996,
Freiburg, Germany, pр. 1311–1335.
14. F. Foch, K.P.B. Thomsen, N. Houbak, U. Henriksen.
The Pinch;method applied on a biomass gasifier sys;
tem. Proc. of ECOS 2000 Conference, 5–7 July 2000,
Enschede, The Netherlands.
15. P. Tam, E. Mazzi, K. Cheng, W. Edwards.
Assessment of gasification technologies and prospects
for their commercial application. Proc. of Forest
Sector Table. National Climate Change Process. 9
April 1999, Richmond, USA, No. 499–0101.
16. Beenackers A.A.C.M., Maniatis K.
Gasification Technologies for Heat and Power from
Biomass. Proc. of the 9th European Bioenergy Conf.,
Copenhagen, Denmark 24–27 June, 1996.
Pergamon. Vol.1, pp. 228–259.
Получено 13.09.2006 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 75
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Проведено аналіз сучасних техно�
логій сумісного спалювання біомаси і
вугілля. Зібрано дані по існуючим у світі
електростанціям, що реалізують різні
технології сумісного спалювання. Розг�
лянуто нові, що знаходяться ще у стадії
дослідження технології, такі як сумісне
спалювання піропалива з біомаси і
вугілля або природного газу. Про�
аналізовано перспективи України щодо
впровадження технологій сумісного спа�
лювання біомаси та традиційних палив.
Зроблено висновок про те, що Україна
має всі необхідні передумови для посту�
пового впровадження таких технологій,
що дасть змогу знизити споживання до�
рогих викопних енергоносіїв і призведе
до покращення екологічних показників
роботи електростанцій.
Выполнен анализ современных техно�
логий совместного сжигания биомассы и
угля. Собраны данные по существующим
в мире электростанциям, реализующим
различные технологии совместного
сжигания. Рассмотрены новые, находя�
щиеся в стадии исследования техноло�
гии, такие как совместное сжигание пи�
ротоплива из биомассы с углем или
природным газом. Проанализированы
перспективы Украины по внедрению
технологий совместного сжигания био�
массы и традиционных топлив. Сделан
вывод о том, что Украина обладает все�
ми необходимыми предпосылками для
постепенного внедрения таких техноло�
гий, что позволит снизить потребление
дорогостоящих ископаемых энергоно�
сителей и приведет к улучшению эколо�
гических показателей работы электро�
станций.
Modern technologies for co�combus�
tion of biomass and coal are analyzed. Data
on existing in the world power plants which
realize different co�combustion technolo�
gies are collected. New co�combustion
technologies, which have been still under
investigation, are reviewed, for example,
co�combustion of bio�oils with coal or natu�
ral gas. Prospects for Ukraine as for the
introduction of co�combustion of biomass
and fossil fuels are considered. It is con�
cluded that Ukraine has all the necessary
prerequisites for gradual introduction of
these technologies. It will give an opportu�
nity to reduce consumption of expensive
fossil energy carriers and will improve envi�
ronmental performance of power plants.
УДК 662.638
ЖОВМИР Н.М., ГЕЛЕТУХА Г.Г.,
ЖЕЛЕЗНАЯ Т.А., СЛЕНКИН М.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ СОВМЕСТНОГО СЖИГАНИЯ
БИОМАССЫ И УГЛЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ
ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
Совместное сжигание угля и биомассы на элек;
трических станциях рассматривается в мире как
наименее капиталоемкий путь использования би;
омассы для производства электрической энергии.
Существующие угольные электростанции характе;
ризуются высокими начальными параметрами па;
ра, что обеспечивает достижение высокого коэф;
фициента полезного действия по преобразованию
тепловой энергии биомассы в электроэнергию.
Дооснащение существующих электростанций под
использование биомассы характеризуется значи;
тельно меньшими капитальными затратами по
сравнению со строительством новых. Использова;
ние биомассы позволяет снижать как выбросы
традиционных загрязняющих веществ (SОx, NOx),
так и эмиссию парниковых газов (СО2, СН4). Сов;
местное сжигание угля и биомассы распростране;
но в ряде развитых стран Европы и США. Напри;
мер, в Германии имеется 27 ТЭС с совместным
сжиганием биомассы и угля, в Финляндии – 18, в
Швеции – 15, в Дании, Австрии и Нидерландах –
по 5, в США – 41.
Организация использования биомассы на элек;
трических станциях Украины также представляет
практический интерес. В Украине имеются ресур;
сы биомассы в количествах, достаточных для ее
использования на крупных ТЭС. Технически до;
ступные ресурсы биомассы превышают объемы
потребления топлива отопительными котельны;
ми в Николаевской, Одесской, Черниговской, За;
карпатской, Черновицкой, Херсонской, Винниц;
кой и Полтавской областях. Прямое перенесение
зарубежного опыта совместного сжигания угля и
биомассы на электростанции Украины вряд ли
возможно. Кроме свойств биомассы и углей, сжи;
гаемых на электростанциях Украины, необходимо
учитывать конструктивные особенности и техни;
ческое состояние существующего парка котлов.
Существующие в мировой практике техноло;
гии совместного сжигания биомассы и угля мож;
но разделить на четыре группы со следующими
технологическими особенностями.
Совместное сжигание с подачей в котел смеси
угля с биомассой
Смешивание угля и биомассы на топливном
складе с подачей смеси топлив в систему пыле;
приготовления является простым и наиболее де;
шевым методом совместного сжигания. Допол;
нительные капитальные вложения составляют
50…100 $ на 1 кВт электрической мощности,
обеспечиваемой потреблением биомассы. Метод
осуществим в пылеугольных топках при подаче
древесной биомассы в количестве, не превыша;
ющем 5 % по массе топлива. При этом особое
внимание должно уделяться размеру частиц био;
массы, подаваемой в топку. Размер частиц опре;
деляется временем их пребывания в топке. Бла;
гоприятно то, что кинетика выгорания частиц
биомассы более быстрая, нежели угля. Поэтому
подготовка биомассы к сжиганию обычно заклю;
чается в ее измельчении – древесины до 6 мм, со;
ломы до длины менее 50 мм. Технология реализо;
вана на пылеугольных электростанциях (см.
табл. 1) [1;3].
При реализации этой технологии основные
проблемы возникают в системе пылеприготовле;
ния. Добавление древесной биомассы к углю уве;
личивает расход электроэнергии на размол.
Уменьшается температура сушильного агента на
выходе из мельницы. При подаче в валковые
мельницы древесины в количестве больше 5 % по
массе ухудшается ситовый анализ угольной пыли
до фракционного состава, неприемлемого для
работы котла. Увеличение содержания древеси;
ны может привести к снижению производитель;
ности мельницы и, как следствие, к снижению
производительности котла. Имеются ограниче;
ния и по качеству биомассы. Так, например, зна;
чительное содержание волокнистой коры может
привести к блокированию работы угольных
76 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
БМ – биомасса;
ГГ – генераторный газ;
КС – кипящий слой;
ПТУ – паротурбинная установка;
ТБО – твердые бытовые отходы;
ТЭС – тепловая электрическая станция;
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль;
ЦКС – циркулирующий кипящий слой;
ЭУ – энергоустановка;
Qн
р – низшая теплота сгорания.
Индексы
т – тепловой;
э – электрический.
мельниц. Использование измельченной соломы
даже в количестве около 5 % по массе может вы;
зывать блокирование пропускной способности
системы топливоподачи и забивание топливных
бункеров. Следует отметить, что 5% по массе соот;
ветствуют объемному содержанию соломы 37 %.
Смешивание угля и биомассы на топливном
складе более приемлемо для циклонных котлов,
где применяется не размол угля, а только его из;
мельчение до частиц размером менее 6 мм. В
циклонных топках количество древесной био;
массы в топливной смеси может быть увеличено
до 20 % по массе. Возможность подачи биомассы
ограничивается пропускной способностью пита;
телей топлива. Технология реализована на ряде
электростанций (см. табл. 1, [1, 2]).
На электростанции Maasvlakte (Нидерланды),
518 МВтэ (здесь и далее указана мощность энер;
гетических установок, потребляющих биомассу)
реализовано совместное сжигание гранул био;
массы и угля. Гранулы производятся из осадка
сточных вод, древесных отходов и осадка бумаж;
ного производства на специально построенном
рядом заводе. Транспортерной лентой гранулы
влажностью 40 % подаются на электростанцию,
смешиваются с сырым углем в топливных бунке;
рах, измельчаются в существующих мельницах и
подаются в пылеугольный котел. Биомасса заме;
щает 5...10 %масс. годового потребления угля [3].
В котлах со слоевыми топками также возмож;
но сжигание смеси угля и древесных отходов, при
этом доля биомассы может варьироваться от 0 до
100 %. Примером реализации такого подхода яв;
ляется электростанция Bay Front (США), 75 МВтэ.
Два котла паропроизводительностью по 90 т/час
могут работать на отдельных топливах или их
смеси, причем вклад древесных отходов за год
эксплуатации составлял 56 % по энергии потреб;
ленного топлива. При эксплуатации на смесях
топлив наблюдалось интенсивное шлакование
из;за химического взаимодействия щелочей дре;
весной золы и кислого угольного шлака. Поэто;
му в конце 1990;х перешли на режимы работы на
отдельных топливах [2].
На электростанции Kettle Falls, 46 МВтэ
(США) осуществляется совместное сжигание
природного газа и древесных отходов в количест;
ве 500 тыс. т/год. Отходы поставляются лесо;
пильными предприятиями, расположенными на
расстоянии до 100 км. Биомасса сжигается в кот;
ле производительностью 190 т пара/час на цеп;
ной колосниковой решетке с механическим за;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 77
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Та б л . 1 . Электрические станции, осуществляющие смешивание угля и биомассы [1–3]
брасывателем. Влажность древесных отходов со;
ставляет 50 %, поэтому при нагрузке менее 70 %
дополнительно сжигают природный газ [2]. В ли;
тературе также найдено описание других девяти
американских ТЭС со слоевым сжиганием дре;
весных отходов суммарной мощностью 410 МВтэ.
Совместное сжигание с раздельной подачей био#
массы и угля в котел
Совместное сжигание с раздельным вводом
угля и биомассы предусматривает раздельные си;
стемы подготовки и подачи биомассы и угольной
пыли в топку. Дополнительные капитальные вло;
жения в систему подготовки и подачи биомассы
составляют 175…200 $ на 1 кВт электрической
мощности, обеспечиваемой потреблением био;
массы.
Измельченная биомасса вводится через горел;
ки, а в случае тангенциальных топок – вдувается
непосредственно в топочную камеру. Такая тех;
нология требует больше оборудования, но обес;
печивает возможность сжигания большего коли;
чества биомассы в пылеугольных котлах.
Увеличение доли биомассы может использовать;
ся для снижения выбросов NOx. Если мощность
котла лимитируется производительностью уголь;
ных мельниц, то подача биомассы может обеспе;
чивать поддержание мощности котла. Техноло;
гия реализована в пылеугольных топках для
сжигания древесных отходов на электростанци;
ях, перечисленных в табл. 2 ([2, 3]). Так, на авст;
рийской электростанции St. Andr существую;
щий угольный котел дооборудован двумя
решетками для сжигания биомассы по 5 МВтт
каждая, расположенными под пылеугольными
горелками. Вклад биомассы составляет 3 % по
энергии топлива.
Примером реализации технологии совместно;
го сжигания с раздельной подачей биомассы и
угля в период 1995;2000 гг. являлась также элект;
ростанция Gelderland в Нидерландах, 600 МВтэ.
Щепа, произведенная из древесного лома, по;
ставлялась на станцию и хранилась в больших
бункерах на специально оборудованном склад;
ском дворе. Измельчение щепы выполнялось мо;
лотковой дробилкой. Пневмотранспортом древес;
ная пыль подавалась в четыре горелки по 20 МВтт
78 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Та б л . 2 . Электрические станции с раздельным вводом биомассы и угля в топку [2, 3]
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 79
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
каждая, расположенные в топке ниже 36 основ;
ных угольных горелок. С 2001 г. электростанция
Gelderland отказалась от сжигания древесины в
отдельных горелках, поскольку это вызывало ряд
проблем, например, выпадение больших частиц
несгоревшей древесины в шлакозольный оста;
ток. Древесная пыль стала подаваться непосред;
ственно в транспортеры угольной пыли, питаю;
щие угольные горелки. В настоящее время
электростанция ежегодно сжигает 60 тыс. т дре;
весины, замещая 45 тыс. т угля (3 % по энергии
топлива). Поскольку зольность древесины в де;
сять раз меньше зольности угля, станция генери;
рует на 4000 т/год меньше летучей золы по срав;
нению с работой на чистом угле. Органы местной
власти установили для электростанции Gelderland
следующие пределы по выбросам загрязняющих ве;
ществ: NOx – 200 мг/м3, SO2 – 400 мг/м3, пыль –
20 мг/м3, СО – 50 мг/м3, тяжелые металлы –
1 мг/м3, HCl – 10 мг/м3, Hg – 0,05 мг/м3, Cd –
0,05 мг/м3.
Совместное сжигание в топках с кипящим слоем
Топки с ЦКС имеют более благоприятные ха;
рактеристики для совместного сжигания угля и
биомассы. Такие топки характеризуются топ;
ливной гибкостью, и их можно приспосабли;
вать для сжигания угля, топлива из бытовых от;
ходов, биомассы или их смесей в широком
диапазоне соотношений. При этом возможно
введение известняка в слой для снижения вы;
бросов SO2.
Совместное сжигание угля и биомассы в
кипящем слое осуществляется на электро;
станции Tacoma, 12 МВтэ (США), причем на
протяжении ряда лет вклад древесных отходов
и топлива из ТБО составляет от 68 до 88 % по
энергии топлива (табл. 3). На электростан;
ции Colmac, 49 МВтэ, (Калифорния, США) в
двух котлах с ЦКС производится 210 т па;
ра/час при сжигании городской древесины,
древесных отходов от сельского хозяйства с
добавкой нефтяного кокса. Для этой элект;
ростанции, находящейся в курортной зоне,
были установлены самые жесткие экологиче;
ские требования по сравнению с другими
станциями США, и они действительно вы;
полняются [2].
Финская ТЭЦ Alholmens (г. Питерсаари) явля;
ется уникальной в своем роде, поскольку на ней
установлен самый крупный в мире котел с ЦКС,
в котором сжигается биомасса – 550 МВтт. Кон;
струкция котла является очень гибкой в отноше;
нии топлива, что позволяет использовать широ;
кий диапазон топлив. В настоящее время на
станции сжигается: торфа – 45 %, отходов дере;
вообработки и коры – 35 %, лесных отходов – 10 %,
мазута или угля – 10 % по энергии топлива. ТЭЦ
производит 1300 ГВт·ч/год электроэнергии и
2520 ТДж/год теплоты, осуществляя теплоснаб;
жение города с населением 20 тыс. человек и по;
ставляя технологический пар на ближайшую бу;
мажную фабрику [4].
Та б л . 3 . Электрические станции со сжиганием биомассы и угля в кипящем слое [2, 4]
Газификация биомассы с последующим сжигани#
ем генераторного газа
Газификация биомассы с последующим сжига;
нием генераторного газа является наиболее капи;
талоемкой технологией совместного сжигания, но
обеспечивает совместимость с энергетическими
установками, работающими на различных видах
традиционного топлива (уголь, мазут, природный
газ). По такой технологии биомасса поступает в
газификатор с целью производства генераторного
газа, который затем используется вместо природ;
ного газа в газовых двигателях или турбинах, а
также может сжигаться в паровом котле или кот;
ле;утилизаторе установок комбинированного
цикла. Возможно весьма широкое разнообразие
технологий газификации биомассы [6].
На ТЭЦ Kymijarvi (г. Лахти, Финляндия) мощ;
ностью 185 МВтэ влажные древесные отходы га;
зифицируют в газификаторе циркулирующего
кипящего слоя с воздушным дутьем мощностью
40…70 МВтт (зависит от влажности и теплосодер;
жания отходов). Горячий низкокалорийный ге;
нераторный газ сжигают в топке пылеугольного
котла (350 МВтт), при этом вклад биомассы со;
ставляет 15 % по энергии топлива (табл. 4).
Другой известный проект осуществляется на
электростанции McNeil (США, Вермонт). Это па;
ротурбинная электростанция мощностью 50 МВтэ
со сжиганием древесных отходов на колоснико;
вой решетке. На электростанции дополнительно
установлен газификатор ЦКС с паровым дутьем
(процесс SilvaGas). Генераторный газ средней ка;
лорийности сжигается в топке котла вместо при;
родного газа. После доработки системы горячей
очистки генераторный газ планируется использо;
вать в газовой турбине мощностью 15…20 МВт [2].
На ТЭЦ Amer;9, 600 МВтэ+350 МВтт (Нидер;
ланды) газификатор с ЦКС мощностью 83 МВтт
перерабатывает древесные отходы, а генераторный
газ сжигается в пылеугольном котле (рис. 1). По;
требление древесины составляет 150 тыс. т /год, что
заменяет использование 70 тыс. т угля /год. Вклад
газификатора в работу ТЭЦ составляет 5 % по энер;
гии топлива. Кроме того, на Amer;9 реализуется
совместное сжигание с раздельной подачей био;
массы и угля в топку.
80 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Та б л . 4 . Электрические станции с газификацией биомассы с последующим сжиганием
генераторного газа [2, 3, 5, 6]
* газификатор эксплуатировался в 1998;2001 гг. В настоящее время не работает, поскольку закрыта
электростанция, на которой он установлен.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 81
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Проект по установке газификатора на биомас;
се был осуществлен также на угольной электро;
станции Zeltweg, 137 МВтэ (Австрия) (рис. 2). Га;
зификатор с ЦКС мощностью9 10 МВтт успешно
работал на древесной щепе и коре с последую;
щим сжиганием генераторного газа в существую;
щем угольном котле. Хотя электростанция по
экономическим причинам была закрыта, проект
успел продемонстрировать техническую возмож;
ность конкурентоспособной выработки электро;
энергии из биомассы [3, 6].
В Украине на маслоэкстракционном заводе в
г. Пологи реализован проект газификации лузги
подсолнечника со сжиганием генераторного газа
в паровом котле производительностью 40 т/час.
Новые технологии совместного сжигания
Среди новых технологий, находящихся в ста;
дии развития, можно выделить совместное сжи;
гание угля или природного газа и жидкого пиро;
топлива из биомассы. Пиротопливо получают
технологиями быстрого пиролиза биомассы, его
плотность составляет 1200 кг/м3, Qн) – порядка
18 МДж/кг.9 Преимуществом такой технологии
является возможность производства пиротопли;
ва в местах наличия дешевой биомассы с после;
дующей транспортировкой продукта с высокой
энергетической плотностью на электростанцию.
Для сравнения: энергетическая плотность пиро;
топлива составляет 28 ГДж/м3, тогда как древес;
ной щепы – 8 ГДж/м3, соломы – 2 ГДж/м3. Ос;
новным требованием к пиротопливу для
совместного сжигания является его высокое ка;
чество. Так, например, из;за недостаточно каче;
ственного пиротоплива, поставленного канад;
ской компанией Ensyn, эксперименты по его
совместному сжиганию с углем на котлах комму;
нального предприятия Manitowoc в г. Ред Эрроу
(США) были не очень удачными [7;9].
Рис. 1. Газификация биомассы на электростанции Amer�9 (Нидерланды).
1 – приемочный бункер, 2 – бункер для хранения отходов древесины, 3 – дробилка, 4 – подача
инертного материала, 5 – газификатор с ЦКС , 6 – подача воздуха, 7 – отвод шлакозольного остатка,
8 – охладитель ГГ с генерацией пара, 9 – подача питательной воды для охлаждения ГГ, 10 – циклон,
11 – отвод ГГ из циклона, 12 – емкость для сбора летучей золы, 13 – емкость для сбора шлакозольного
остатка, 14 – энергоблок: паровой котел + электрогенератор, 15 – тепловая энергия,
16 – электроэнергия.
Успешная демонстрация технологии совместно;
го сжигания пиротоплива и природного газа была
выполнена на электростанции Harculo, 350 МВтэ
(Нидерланды). Пиротопливо было произведено на
установке быстрого пиролиза голландской компа;
нии BTG и хранилось в течение 5 месяцев, пока
шла подготовка к демонстрационным испытани;
ям на электростанции. В ходе экспериментов бы;
ло использовано 15 т пиротоплива и выработано
25 МВт·ч “зеленой” электроэнергии. Снижение
потребления природного газа составило 800 нм3/ч,
что эквивалентно 8 МВтт. После окончания экс;
периментов на форсунке не было обнаружено
никаких отложений и было отмечено, что пиро;
топливо при сжигании вело себя как легкое дис;
тиллятное топливо [10].
Паровые котлы электростанций Украины
На тепловых электрических станциях общего
пользования установлено 104 энергоблока различ;
ной мощности (150 МВт 6 блоков, 200 МВт 43 бло;
ка, 250 МВт 5 блоков, 300 МВт 42 блока, 800 МВт
8 блоков) на докритические и сверхкритические
параметры пара. Распределение энергоблоков по
ТЭС Украины приведено в таблице 5 [11].
Большинство тепловых электростанций спро;
ектировано для сжигания твердого топлива (80 %
установленной мощности), причем из них 49 %
для работы на низкореакционном антрацитовом
штыбе и тощем угле, а 31 % на газовых и длинно;
пламенных углях Донецкого и Львовско;Волын;
ского угольных бассейнов. На крупных электро;
станциях Украины используется сжигание
угольной пыли в камерных топках с жидким шла;
коудалением. Последнее десятилетие электро;
станциям поставляется уголь с качеством ниже
расчетных показателей. За период с 1975 по 1995
годы зольность поставляемого антрацитового
штыба увеличилась с 26,6 % до 37,6 % при сниже;
нии его теплотворной способности с 21,7 МДж/кг
до 17,5 МДж/кг. Зольность поставляемых битуми;
нозных углей составляет 35,9…37,8 %, а тепло;
творная способность 18,5…17,6 МДж/кг [12].
В Украине в 90;х годах была разработана про;
грамма развития теплоэнергетики и реконструк;
82 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 2. Схема электростанции Zeltweg (Австрия).
1 – подача биомассы, 2 – подача угля, 3 – газификатор с ЦКС, 4 – мельница, 5 – паровой котел,
6 – зона дожигания, 7 – отвод золы, 8 – паровая турбина и электрогенератор, 9 – система очистки
продуктов сгорания.
ции тепловых электростанций. Основные на;
правления реконструкции энергетических котлов
изложены ниже лишь в части, которая может ка;
саться перспектив использования на них твердых
бытовых отходов и растительной биомассы в ка;
честве топлива [11;13].
Котельные агрегаты с параметрами пара до
10,0 МПа
Техническое переоснащение котлов ТЭС на
параметры пара Р<10,0 МПа, t<540 оС планиро;
валось производить с целью увеличения сроков
эксплуатации путем проведения качественных
ремонтов оборудования, замены и восстановле;
ния изношенных и отработавших ресурс наибо;
лее ответственных узлов котлов, паропроводов,
питательных трубопроводов.
Увеличение сроков эксплуатации наиболее ус;
таревших, физически и морально изношенных
котлов должно достигаться путем:
снижения на отдельных котлах параметров
пара (в зависимости от состояния основных уз;
лов и другого оборудования);
перевода отдельных паровых котлов на режим
работы водогрейных котлов;
перевода отдельных ТЭЦ в паровые и отопи;
тельные котельные.
Перечисленные мероприятия должны решать;
ся с учетом требований схем теплоснабжения го;
родов (районов).
Планировалось также приведение котлов и
ТЭС в целом в соответствие с новыми, более же;
сткими требованиями охраны окружающей сре;
ды путем внедрения технологических методов
уменьшения концентрации NOx в дымовых газах.
Намечено усовершенствование структуры по;
требляемого топлива с целью сокращения, а в
дальнейшем и полного исключения потребления
мазута и природного газа на ТЭС и ТЭЦ, которые
были запроектированы для сжигания угля, на;
пример, Мироновская, Луганская, Старобешев;
ская, Славянская ТЭС и Черниговская, Черкас;
ская, Днепродзержинская, Дарницкая ТЭЦ. Для
этого планировалось разработать технико;эко;
номическое обоснование целесообразности пе;
ревода на сжигание твердого топлива, в первую
очередь пылеугольных котлов, которые были пе;
реведены на сжигание газа и мазута; определить
возможность и целесообразность применения
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 83
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Та б л . 5 . Характеристика тепловых электростанций Украины [11]
Примечание: Все электростанции – пылеугольные ТЭС; * газо;мазутные блоки.
новых технологий сжигания низкокачественного
топлива (например, в кипящем слое и др.).
При переводе котлов на сжигание угля наме;
чено ориентироваться на применение простых
схем приготовления пыли (например, в мельни;
цах;вентиляторах, аэробильных мельницах и
т.п.), которые могут изготавливаться на заводах
Украины. На более далекую перспективу намече;
на реконструкция оборудования для сжигания в
кипящем слое отходов обогащения угля, имею;
щих калорийность от 6,2 до 10,5 МДж/кг. В пер;
спективе планировалось создать на базе тепловых
электростанций 90 региональных мусоросжигаю;
щих установок.
Изложенные направления реконструкции ТЭС
и ТЭЦ на параметры пара до 10,0 МПа позволят
реализовать на них технологии утилизации био;
массы различных видов, в первую очередь древес;
ных отходов и обогащенного топлива из ТБО.
Котельные агрегаты блоков мощностью 200 МВтэ
(на параметры пара 14,0 МПа) со сжиганием ант#
рацитового штыба
Для котлов со значительной изношенностью
оборудования планировалась реконструкция по
технологиям сжигания в кипящем слое при атмо;
сферном давлении. Для котлов, предназначен;
ных для сжигания топлива ухудшенного качест;
ва, при большом остаточном ресурсе, считается
целесообразным внедрение разомкнутых систем
пылеприготовления с газовой сушкой угля и по;
вышением температуры подогрева воздуха. Ука;
занные мероприятия позволят повысить темпе;
ратурный уровень в топке, за счет чего
расширится диапазон работы котла с выходом
жидкого шлака без сжигания мазута. Для котлов,
предназначенных для сжигания топлива нор;
мального качества, при большом остаточном ре;
сурсе, предусматриваются мероприятия, обеспе;
чивающие более надежный выход жидкого
шлака из топки.
Направление реконструкции изношенных
котлов с внедрением топок с ЦКС открывает
большие возможности для использования дре;
весных отходов. Согласно второму и третьему на;
правлениям возможна организация сжигания
топлива, полученного из бытовых отходов, в ко;
личестве от одного до нескольких процентов от
общего расхода топлива, что может перекрыть
потребности по утилизации отходов в отдельных
регионах.
Котельные агрегаты блоков 300 МВтэ
Применительно к прямоточным котлам энер;
гетических блоков мощностью 300 МВтэ на сверх;
критические параметры пара (24,0 МПа) планиру;
ются малозатратные методы сохранения их
работоспособности, обеспечения высоких темпе;
ратур в нижней части топочной камеры, сниже;
ния потребления природного газа и мазута при
пониженных нагрузках. Применительно к котлам
этой группы электростанций целесообразно изу;
чить возможности частичной замены угля на дре;
весные отходы и топливо из бытовых отходов.
Планами модернизации энергетики Украины
предусматривается надстройка тепловых элект;
ростанций газовыми турбинами. Целесообразно
исследовать возможности газификации различ;
ных видов биомассы и использования генератор;
ного газа вместо природного газа.
Выводы
1. Совместное сжигание биомассы с углем на
существующих угольных электростанциях широ;
ко применяется в Европе и мире и является наи;
менее капиталоемким способом использования
биомассы для производства электрической энер;
гии. При этом существенно улучшаются эколо;
гические показатели электростанций.
2. Украина обладает всеми необходимыми
предпосылками для постепенного внедрения
различных технологий совместного сжигания
биомассы и традиционных топлив. Использова;
ние этих технологий позволит снизить потребле;
ние таких дорогостоящих энергоносителей как
уголь и природный газ и приведет к улучшению
экологических показателей работы украинских
электростанций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Tillman D. Biomass cofiring: the technology, the
experience, the combustion consequences // Biomass
and bioenergy. – 2000. – v. 19, № 6. – p. 365 – 384.
2. Wiltsee G. Lessons learned from existing bio;
mass power plants // NREL / SR;570;26946. –
2000. – 144 p.
84 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
3. Van Ree R., Korbee R., Meijer R. at al.
Operational experiences of (in)direct co;combustion
in coal and gas fired power plants in Europe.
Proceedings of Power;Gen Europe Conference,
29–31 May 2001, Brussels, Belgium.
4. Vainikka P., Helynen S., Hillebrand K. at al.
Alholmens Kraft: Optimised multifuel CHP with high
performance and low emissions at Pietarsaari pulp
and paper mills. Proceedings of the Pulpaper 2004
conference, 1;3 June 2004, Helsinki, Finland.
5. Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Обзор современ;
ных технологий газификации биомассы // Промы;
шленная теплотехника. – 2006, т. 28, №2, с. 61–75.
6. Anderl H., Mory A., Zotter Th. BioCoComb ;
Gasification of Biomass and Co;Combustion of the
Gas in a Pulverized;Coal;Boiler. Proceedings of the
15th International Conference on Fluidized Bed
Combustion. May 16–19, 1999, Savannah, Georgia.
7. Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Современные
технологии получения жидкого топлива из биомас;
сы быстрым пиролизом. Обзор. Часть 1. // Промы;
шленная теплотехника. – 2005, т. 27, № 4, с. 91–100.
8. Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Современные
технологии получения жидкого топлива из биомас;
сы быстрым пиролизом. Обзор. Часть 2. // Промы;
шленная теплотехника. – 2005, т. 27, № 5, с. 79–90.
9. Mullaney H., Farag I.H., LaClaire C.E.,
Barrett C.J. Technical, environmrntal and economic
feasibility of bio;oil in New Hampshire’s North
Country. Final report of ABAN;URI;BO43 project,
August 2002.
10. Wagenaar B.M., Gansekoele E., Florijn J.H.,
Venderbosch R.H. Bio;oil as natural gas substitute in a
350 MW power station. Proceedings of Second World
Biomass Conference, 10–14 May 2004, Rome, Italy,
p. 1727–1732.
11. Стратегічні напрями та технічні рішення
реконструкції діючих ТЕС України / Міністерст;
во енергетики та електрифікації України. – Київ,
1994. – 104 с.
12. Современное состояние угольных электро;
станций Украины и перспективы их развития /
Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Шидловский
А.К., Яцкевич С.В. // Экотехнологии и ресурсос;
бережение. – 1996. – № 3 – с. 3–8.
13. Направления реконструкции пылеуголь;
ных ТЭС Украины / Корчевой Ю.П., Майстрен;
ко А.Ю., Чернявский Н.В., Яцкевич С.В. // Эко;
технологии и ресурсосбережение. –1997. – № 5 –
С. 3–13.
Получено 11.01.2006 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 2 85
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Проаналізовано можливості викорис�
тання місцевих видів палива для вироб�
ництва енергії в Україні. Виконано оцінку
ємності ринку України щодо впровад�
ження котлів на деревині, соломі, торфі
та оцінку необхідних капіталовкладень.
Показано, що річне заощадження коштів
завдяки скороченню споживання при�
родного газу перевищує загальну суму
витрат, що потрібні на впровадження
парку котлів на біомасі і торфі.
Проанализирована возможность ис�
пользования местных видов топлива для
производства энергии в Украине. Выпол�
нена оценка емкости рынка Украины для
внедрения котлов на древесине, соломе,
торфе и оценка необходимых капитало�
вложений. Показано, что годовая эконо�
мия средств вследствие сокращения по�
требления природного газа превышает
общую суму затрат, которые нужны на вне�
дрение парка котлов на биомассе и торфе.
Possibility to use local fuels for energy
production in Ukraine is analyzed.
Estimation of capacity of Ukraine's market
for the introduction of boilers operating on
wood waste, straw and peat is fulfilled, and
required investment costs are assessed. It
is shown that annual saving of money due
to reduced natural gas consumption
exceeds total costs required for the intro�
duction of all these boilers operating on
biomass and peat.
УДК 620.92
ГЕЛЕТУХА Г.Г., ЖЕЛЄЗНА Т.А.,
МАТВЄЄВ Ю.Б., ЖОВМІР М.М.
Інститут технічної теплофізики НАН України
ВИКОРИСТАННЯ МІСЦЕВИХ ВИДІВ ПАЛИВА ДЛЯ
ВИРОБНИЦТВА ЕНЕРГІЇ В УКРАЇНІ
|