Инновационная технология термококс

Мировая экономика подошла к исчерпанию технологического потенциала в основных отраслях промышленности. Кризис на рынке угля проявляет себя намного заметнее, чем на многих других рынках энергоносителей: цены на нефть около четырех лет держатся на сравнительно стабильном уровне, аналогичная ситуация наблюдается на рынке природного газа. Трудно заметить какого-то удешевления нефтепродуктов и электроэнергии, по крайней мере, до ожидаемого выхода на него продукции американских производителей. С углем положение намного сложнее.

О причинах кризиса на рынке угля сказано уже очень много. О нём представители отрасли заговорили еще в конце позапрошлого – начале прошлого года, но выражали надежду, что дела поправятся уже летом 2012 года. Однако, и прошлый год, и начало нынешнего прошли под знаком падения цен на уголь, и соответствующего сокращения доходов угольных компаний, падения их рентабельности [2].

Тем не менее, дальнейшая судьба угля не столь однозначна: происходит устойчивый рост экспортных поставок при сокращении объемов внутреннего потребления. По данным ЦДУ ТЭК, в прошлом году общая поставка российского угля оценивается в объеме 314,5 млн. тонн, из них на внутренний рынок попало 184,1 млн. тонн, а на экспорт ушло 130,4 млн. тонн. При этом темпы роста экспорта значительно выше темпов добычи. Существенную долю в объеме экспорта (более 90%) занимает энергетический уголь, объемы поставок коксующихся углей в последние три года достаточно стабильны и сохраняются на уровне 12–16 млн. тонн. [3].

Распоряжением Правительства РФ в январе 2012 года была утверждена    «Долгосрочная    программа    развития    угольной промышленности России на период до 2030 года». Реализация программы позволит нарастить добычу угля в стране в 1,4 раза — до 430 млн. тонн. Однако ряд объективных факторов — нестабильность цен на уголь на мировых рынках, стабилизация внутреннего рынка, высокие транспортные издержки производителей угля, инфраструктурные ограничения, актуальность экологических вопросов в местах добычи угля — усложняют выполнение данной программы. Лишь около 20% потребления угля внутри страны приходится на коксующийся уголь, спрос на который со стороны черной металлургии стабилен. Основные же приросты потребления энергетических углей из традиционных направлений их использования могут быть только в большой энергетике. Одним из факторов, ускоряющих рост внутреннего потребления, мог бы быть ввод основных работающих на угле генерирующих мощностей.

Согласно Энергетической стратегии-2030 ожидается ввод примерно 26 ГВт дополнительных мощностей (48 ГВт в максимальном варианте). Также существует большой потенциал роста спроса на уголь при переходе цементных заводов на сухое производство и появлении новых мощностей — по экспертной оценке, это даст дополнительно до 20 млн. тонн спроса.

Но вероятность прерывания «газовой паузы» в России невелика, и принятые в Энергетической стратегии и Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2030 года декларации об увеличении в топливно-энергетическом балансе страны доли угля не выполняются. У энергетиков на данный момент отсутствует стимул работать на увеличение доли угольной генерации. В прогнозных документах закладывалась предпосылка, что в результате либерализации газового рынка цены на газ и уголь в интервале между 2011–2015 годами пересекутся, и станет выгоднее топить углем. Но цены на нефть в силу разных причин упали, и ясно, что газ будет дорожать медленнее. При этом в противовес декларируемым заявлениям о необходимости увеличения потребления именно российского угля происходит постоянное наращивание импорта. Так, с 2009 года объем импорта вырос с 24 до 31,2 млн. тонн, почти на 30%. А в условиях стабилизации внутреннего спроса это привело к сокращению поставок российского угля.

Чтобы увеличивать в России добычу угля, необходимо выводить уголь в качестве базового компонента на новые рынки - химических продуктов, углеродных и композитных материалов. Экстенсивный путь развития угольной промышленности практически исчерпал себя -качественные показатели должны прийти на смену количественным. Мощный резерв отрасли в деле уменьшения доли транспортной составляющей в цене на твердое топливо и альтернативный вариант роста внутреннего потребления угля - это улучшение качества угольной продукции, создание товаров с высокой добавленной стоимостью, начиная от стопроцентного обогащения угля до его комплексной переработки.

Развитие углехимической отрасли - один из способов стабильного развития угледобывающей промышленности. От одного продукта в угольной отрасли можно произвести более 130 видов химических полупродуктов и более пяти тысяч видов продукции смежных отраслей. При этом цена продуктов возрастает на несколько порядков. Фактически, в перспективе будет и должна развиваться не просто добыча угля, а разработка месторождений угля и газа.

Традиционные технологии использования угля существенно исчерпали свой потенциал. Значительная часть проблем промышленной и коммунальной угольной энергетики может быть успешно решена на основе энерготехнологической концепции ТЕРМОКОКС, которая является развитием классической схемы комбинированного производства энергоносителей. Данная технология обеспечивает инновационный подход к комплексному решению задач малой и средней энергетики, а также других использующих уголь отраслей промышленности. При использовании этой концепции радикально снижается воздействие на окружающую среду - единственным отходом при использовании угля становятся продукты сгорания газового топлива.

Применение технологий серии ТЕРМОКОКС имеет ярко выраженный межотраслевой характер. С одной стороны, они ориентированы на обеспечение дешевым газовым топливом и тепловой энергией промышленных потребителей и жилищно-коммунального сектора. С другой стороны, в этих процессах осуществляется трансформация низкосортного угля в новый вид специального технологического топлива -буроугольный кокс. Его использование имеет большие перспективы в металлургической, цементной и других отраслях промышленности, а также обладает высоким экспортным потенциалом [1].

Из одной тонны угля марки Д калорийностью 5500-6000 ккал/кг получается до 0,5 тонны термококса с калорийностью 6500-7000 ккал/кг и около 2 Гкал горючего газа. Теплотворная способность газа достаточна для обжига кирпича, известняка и других термических процессов, в том числе для перевода газомазутных котлов на газ из угля. Перевозка 1 тонны термококса замещает транспортировку 2 тонн энергетического угля.

Технология Термококс предлагает новый дешевый способ производства энергии и одновременно сырья для металлургической промышленности. По новой технологии на модернизированной ТЭЦ (котельной) бурый уголь не просто сжигается, а разделяется на две части -газовое топливо и углеродный остаток (термококс). Газ сжигается для получения тепловой энергии, а термококс поставляется на рынок металлургического сырья вместо традиционного дорогого кокса (дополнительное производство и, как следствие, доход). При этом Технология Термококс уже прошла стадию опытно-промышленной апробации и готова к промышленному использованию.

Принципиальная особенность процессов ТЕРМОКОКС заключается в том, что они не производят газообразных и жидких отходов, поэтому проблема очистки выбросов просто отсутствует. Технология не имеет золошлаковых отходов, поскольку имеющаяся в угле зола остается в коксовом продукте. Единственным выбросом в окружающую среду являются продукты сгорания газового топлива. Сжигание газа в типовых котлах обеспечивает снижение контролируемых выбросов в атмосферу в

10-20 раз по разным показателям (пыль, оксид углерода, оксиды азота и др.) по сравнению с котлами, сжигающими уголь [4].

Процесс газификации угля производится в цилиндрическом аппарате периодического действия. Возможно исполнение процесса в режиме непрерывного действия. Однако устройство шлюзовых систем загрузки угля и вывода шлака из аппарата значительно усложняет конструкцию и снижает надежность эксплуатации.

В газификатор загружается предварительно фракционированный уголь. Образующийся в процессе отсев меньше 3 мм может быть использован для запрессовки в кирпич-сырец или передан сторонним потребителям.

После завершения процесса газификации в аппарате остается зольный шлак с незначительным количеством остаточного углерода (недожог), который также может быть использован в качестве добавки в сырье для производства кирпича. Количество золы определяется свойствами используемого угля.

Регулирование температуры в обжиговой печи производится изменением подачи дутья (воздуха) в газификаторы. Пределы регулирования: от (+) 10 до (-) 50 %.

Газификаторы можно размещать в неотапливаемом здании каркасного исполнения, т.к. оборудование выделяет тепло. Ориентировочные размеры участка газификации на 4 газификатора: 24/ 6 м в плане и около 12 м в высоту.

Технологические процессы серии «Термококс» предназначены для слоевой переработки энергетических углей ( бурые, длиннопламенные ) в высококалорийный кокс и горючий газ и осуществляются на одном и том же оборудовании. На этом же оборудовании может осуществляться и полная газификация угля для получения горючего газа (патент РФ № 2299901, Евразийский патент № 008111). Уголь в аппарате реагирует с воздухом - его летучие компоненты превращаются в горючий газ, а твердый остаток - в кокс.

Технология "Термококс" энергоэффективна (КПД 95%), экологически безопасна, безотходна, проста в аппаратурном оформлении и может быть реализована в виде типовых блоков разной единичной мощности.

В технологии "Термококс" не используется вода для тушения кокса, и нет конденсации продуктов термического разложения угля, следовательно, отсутствуют сточные воды.

Горючий газ не содержит смолистых веществ. Из аппарата нет выноса твердых частиц, поэтому горючий газ может сжигаться без предварительной очистки. Газ сгорает бездымно, поэтому на срезе дымовой трубы выбросы визуально не определяются. Газ может сжигаться в газовой турбине, паровом или водогрейном котле для получения электрической и (или) тепловой энергии, применяться как топливо для сушильных и обжиговых процессов.

В рамках новой энергетической программы Правительство России поставило задачу к 2020 г. примерно в полтора раза увеличить долю угля в энергобалансе страны. В то же время в российской экономике удельный расход топлива на единицу продукции в несколько раз превышает аналогичный показатель ведущих стран мира. С января 2010 года вступил в силу Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», с помощью которого предполагается изменить сложившуюся ситуацию. Для решения этой проблемы, кроме энергосбережения, необходимо внедрение принципиально новых экономически эффективных и экологически безопасных технологий использования природных энергоресурсов, что обуславливает актуальность данной работы [1].