6.7. Инновационные технологии газификации
Системы комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля, представляют собой фундаментально новую угольную технологию и, как одни из наиболее чистых и эффективных технологий угольной генерации энергии, являются новой волной инноваций в угольной энергетике.
На электростанциях с системой комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля не производится непосредственное сжигание угля. В результате реакции в восстановительной среде твердого топлива, например угля, с высокотемпературным паром и окислителем в газификаторе высокого давления образуется топливный газ. Топливный газ из газификатора либо направляется непосредственно в систему очистки для удаления твердых частиц и сернистых и азотных соединений, либо охлаждается с образованием пара, а затем очищается традиционными методами. Очищенный топливный газ затем сжигается в камере сгорания газотурбогенератора, который вырабатывает большую часть производимого электростанцией электричества. Остаточное тепло горячих уходящих газов из газовой турбины поступает в парогенератор-утилизатор и используется для получения пара, который приводит в действие паротурбинный генератор меньшего размера (с комбинированным циклом) для выработки дополнительного электричества.
К преимуществам данной технологии можно отнести следующее:
1) Существующие опытные станции класса 1500 ºС имеют эффективность 45 %, что на 20 % выше по сравнению с КПД обычных электростанций, работающих на угле. При этом ожидается, что в ближайшие десять лет будет достигнут уровень 50 %, с перспективой дальнейшего роста.
2) Низкий уровень загрязнения окружающей среды (уровень выбросов CO2, NOx, SOx и сажи сравним с выбросами станций, работающих на природном газе).
3) Возможность переработки всех видов углесодержащего сырья, включая низкосортный уголь, неприемлемый для обыкновенных паровых котлов из-за низкой степени плавления золы, нефтяной кокс, топочный мазут, биомассу и твердые бытовые отходы. Примерно 75% действующих станций с IGCC используют нескольких видов сырья одновременно.
4) Более эффективная утилизация угольной золы за счет того, что она выделяется в виде шлака, который занимает по объему лишь половину зольной копоти, выделяемой обыкновенными угольными электростанциями, и не вызывает выщелачивания рассеянных элементов.
В настоящее время электростанций с системой комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля коммерчески доступны. Тем не менее, сейчас работает лишь небольшое число подобных электростанций, построенных в демонстрационных целях на государственные средства. На пути широкого распространения стоят высокие капитальные затраты и ряд технических проблем, которые
на 20 % выше, чем у обычных станций, поскольку высокие показатели по экологической чистоте и эффективности достигаются за счет применения сложного дорогостоящего оборудования.
Для того, чтобы электростанций с системой комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля вышли на рынок, необходимо проведение масштабных научных исследований. Хотя гибкость в топливе и высокая эффективность делают их очень привлекательными, эти преимущества на сегодняшний день не могут перевесить затраты на привлечение капитала и обеспечение эксплуатационной надежности.
Проведение дальнейших исследований необходимо для преодоления целого ряда технических проблем. Эти проблемы связаны с размерами зоны газификации и требованиями к техническому обслуживанию (ключевой вопрос для круглогодичной эксплуатации), отводом тепла после газификации, операциями с горячими газами, составом газов и их сжиганием, очисткой сточных вод, объединением всех компонентов в единое целое. Поскольку газификаторы являются аппаратами высокого давления, их невозможно производить на месте, как бойлеры. Вес и размеры больших газификаторов затрудняют их перевозку.
