Поделиться
Еще каких-то полвека назад у нас отсутствовало такое понятие, как экология. Поэтому весь путь совершенствования аппаратов для сжигания угля - это повышение энергетической эффективности без оглядки на экологические последствия. С появлением природоохранных требований технология, по сути, не претерпела изменений - просто год от года стали возрастать затраты на очистку дымовых газов и обустройство золоотвалов. В результате постепенного увеличения мощности котлов и усложнения их конструкции удалось достичь предельно возможного уровня извлечения полезной энергии из угля. Вместе с этим достигли максимума и затраты на очистку дымовых газов и хранение золошлаковых отходов. И сегодня потенциал развития классической технологии сжигания угля можно считать исчерпанным.
В общественном сознании укоренилось мнение, что с точки зрения экологии наиболее безопасным топливом является природный газ: при его сжигании не образуется золошлаковых отходов, а дымовые газы почти наполовину состоят из "безвредного" водяного пара: при сгорании 1 килограмма газа образуется 2,6 кг углекислого газа и 2,25 - водяного пара. Однако сторонники этого топлива почему-то замалчивают факт, что пар обладает более мощными парниковыми свойствами, чем углекислый газ. Более того, его влияние на климатические процессы еще плохо изучено.
Затронем только одно свойство водяного пара - способность конденсироваться с выпадением на поверхность Земли осадков. При сжигании природного газа на территории Европы ежегодно образуется около миллиарда тонн водяного пара, который довольно часто играет роль критической добавки к естественно сложившемуся круговороту воды на континенте. Дело в том, что время от времени перемещение воздушных масс приводит к концентрации больших объемов влаги в ограниченных областях атмосферы. И тогда дополнительный вброс водяного пара выполняет роль спускового механизма для обвальных осадков на сравнительно небольших территориях. Это с определенной регулярностью приводит к массовым затоплениям или к неожиданным мощным снегопадам, которые наносят огромный ущерб экономике Евросоюза.
Кстати, при замене природного газа эквивалентным количеством водородного топлива поступление водяного пара в атмосферу Европы увеличилось бы в 1,5 раза. Климатические последствия этого эффекта сегодня трудно предсказуемы.
Одним из наиболее популярных способов "облагораживания" угля считается его газификация, что позволяет очистить газ перед сжиганием и реализовать парогазовый цикл производства электроэнергии с более высоким КПД, чем в обычной схеме с паровой турбиной. С точки зрения термодинамики, газификация угля- не более чем двухступенчатое сжигание.
Как правило, этот процесс осуществляется под высоким давлением с использованием кислорода вместо воздуха и влечет значительное усложнение оборудования (в том числе на стадии очистки газа) и, как следствие, - снижение надежности и рост удельных капитальных затрат. Естественно, что при этом сохраняется проблема золошлаковых отходов. Кроме того, весь углерод из угля переходит в синтетический газ в виде СО и СО2. Удаление СО2 перед сжиганием газа требует дополнительных инвестиций и снижает КПД электростанции, а это, в свою очередь, требует увеличения расхода угля. В конечном итоге все дополнительные затраты суммируются в себестоимости угольного газа и итоговый экономический эффект далеко не всегда убедителен для инвестора. Поэтому технология газификации мало что изменяет в противостоянии угля и природного газа.
После подписания Парижского соглашения 2016 года вектор развития энергетики безоговорочно направляется в сторону низкоуглеродных и безуглеродных источников. Поскольку уголь принято считать самым грязным видом топлива, может ли он найти место в новом энергетическом сценарии? Как это ни странно прозвучит для многочисленных противников угля, ответ - да! Но только на базе новой концепции использования энергетических углей, которая адекватна современным экологическим и экономическим реалиям. Естественно, что речь может идти только о технологии, разработанной в XXI веке, а не о повышении степени очистки выбросов при классическом сжигании угля.
Предпосылки нового подхода к использованию угля заключаются в следующем. Примерно три четверти добываемого в России угля относится к категории энергетического. Преимущественно - это угли, у которых горючая масса содержит от 30 до 50 процентов так называемых летучих веществ. При частичной газификации таких углей образуется горючий газ, обогащенный водородом, а в твердом остатке остается углерод и зола. И здесь напрашивается лежащее на поверхности решение: для получения тепловой энергии следует сжигать только газовую составляющую угля, а углеродный остаток (вместе с золой) выводить из энергетического цикла для использования в других сферах промышленности. Благодаря новой технологии без значительных инвестиций эмиссия СО2 сокращается как минимум на треть. Безусловно, это - огромный технологический прогресс.
Наилучшим образом для частичной газификации подходят малозольные бурые угли Канско-Ачинского бассейна с 45-процентным содержанием летучих веществ, а также длиннопламенные угли Кузбасса и Хакасии. Принципиально важно, что уникальная технология не требует разработки новых аппаратов - она осуществляется внутри типового энергетического котла, подвергнутого незначительной модификации. В инновационном котле уголь, условно говоря, разделяется на газовое топливо и углеродный остаток - термококс, который капсулирует в себе золу исходного угля. Газ тут же сгорает, обеспечивая паспортную тепловую мощность котла, а термококс после охлаждения направляется на склад готовой продукции. Новая технология имеет уникальные экономические показатели: продажа термококса как минимум компенсирует затраты на приобретение угля и тепловая энергия производится из газа с условно нулевой стоимостью!
Еще один шаг в направлении "декарбонизации" угля. Поскольку удельные выбросы после сжигания "угольного газа" относятся на единицу тепловой энергии, получение термококса происходит абсолютно безотходно, то есть согласно современным международным стандартам по технологии класса "zero emission". Термококс - высококалорийное топливо специального назначения, для которого открываются широкие перспективы на достаточно длительном переходном периоде к безуглеродной экономике. Это - идеальное топливо для вдувания в домны, а также для использования во многих технологических процессах, где требуется высокая теплота сгорания. Термококс имеет на порядок более высокую реакционность, чем металлургический кокс. И в то же время кратно пониженную себестоимость производства. Наряду с высоким электросопротивлением это обеспечивает возможность существенной интенсификации электрометаллургических переделов. Однако максимальный экономический и экологический эффект достигается при использовании термококса в технологиях прямого (недоменного) восстановления железной руды, где оказываются востребованными его относительная дешевизна и высокая реакционность. И это - единственная возможность радикально снизить себестоимость стали в обозримом будущем.
Коксохимическое производство выбрасывает в атмосферу примерно 0,3 тонны СО2 на каждую тонну произведенного кокса и огромное количество вредных веществ 2-4 класса опасности. Поэтому крупномасштабное замещение классического кокса новым продуктом, произведенным с нулевыми выбросами, приведет к значительному сокращению не только выбросов углекислого газа. С учетом этого факта превышение выброса углекислого газа при частичной газификации угля по отношению к сжиганию природного газа составит всего лишь 30-35 процентов вместо почти двукратного превышения при классическом сжигании энергетических углей. Это сопоставимо с выбросами от сжигания бензина или дизтоплива. Таким образом, имеется вполне реальная возможность перевести, по крайней мере, часть энергетического угля в категорию низкоуглеродного топлива, тем более что новая технология и ее продукция прошли уже достаточно длительный период опытно-промышленной апробации.