УДК 621.187

 

Абсеитов Е.Т., Сатова К.М., Масенов К.Б.

 

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина г. Астана.

 

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

И ГАЗИФИКАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УГЛЕЙ

 

В связи с непрерывным ростом себестоимости  органического топлива, повышением цен на электроэнергию, удорожанием перевозок органического топлива, особенно в отдаленные районы, обострением экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды теплоиспользующими установками, особенно при увеличении масштабов потребления низкосортных видов топлива, общественность мира беспокоит влияние большой энергетики на общепланетарный баланс природных сил и ресурсов (выбросы золы, СО2, NОх и других вредных компонентов).

По данным Министерства охраны окружающей среды Республики Казахстан, общий выброс всеми тепло- и электростанциями Республики в 2010 году составил 937377,54 тонны. Из них твердых – 259413,78 тонны, газообразных – 677963,76 тонны, а золоотходы превышают 22763344,66 тонны. Наибольшую долю этих выбросов составляют выбросы Павлодарских ГРЭС и ТЭЦ.

С технологической точки зрения главными путями снижения влияния большой энергетики на биосферу являются: во-первых, всяческая экономия органических видов топлива, путем совершенствования существующих технологических процессов, в перспективе создания новых энергосберегающих технологий, двухцелевых технологий, во-вторых, за счет роста атомной энергетики, в-третьих, за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (в особенности солнечной, ветровой, океанической энергии, биотоплива, гидроэнергетики, геотермальной энергии).

Из них наибольшее предпочтение имеет третья экологически чистая нетрадиционная энергетика, не требующая затрат на транспортировку.

Анализ показывает, что нетрадиционная энергетика (будем называть малая энергетика) при существующих и ожидаемых ценах на топливо внутри страны и на мировом рынке должна решать локальные задачи. Для этого необходимо создание миниэнергоагрегатов для средних, малых предприятий, поселков, фермерских хозяйств, далеко расположенных от больших энергетических центров.

Причем эти энергетические установки должны быть малогабаритными, весьма дешевыми, мобильными и удобными в эксплуатации, моно- или многофункциональными и автономными.

В решении экологических и энергосберегающих проблем очень большие резервы имеются в черной и цветной металлургии, так как металлургические предприятия относятся к числу наиболее энергоемких. Доля затрат на топливо и энергию в общих затратах на производство продукции в черной металлургии составляет в среднем около 30%. Наиболее крупными потребителями топлив является доменное и прокатное производства. Самыми энергоемкими (электроэнергия) – ферросплавное, горнорудное, прокатное, электросталеплавильное и кислородное производство. Самыми теплоемкими – коксохимическое производство, плавильные печи цветной металлургии.

Энергетический комплекс современного крупного металлургического завода представляет собой сложную систему тесно взаимосвязанных по потокам различных энергоресурсов и энергоносителей как энергоустановок различных типов и назначений, так и технологических агрегатов, которые потребляют одни виды (обычно несколько) и одновременно генерируют другие виды энергоресурсов. Иными словами, это новое образование в виде исключительно сложной системы, имеющей свои закономерности и специфические особенности.

Для большинства металлургических процессов характерны: низкая степень преобразования энергии в теплотехнических системах и низкий уровень полезного использования теплоты. Это приводит к тому, что на предприятиях образуется большое количество внутренних (вторичных) энергоресурсов (ВЭР), которые в общем балансе энергозатрат доходят до 30-35 % от общих первичных энергозатрат. [1]

В последнее время разработана теория так называемого предельного энергосбережения, которое можно понимать и как предельное энергоиспользование. Под предельным энергосбережением понимается экономически обоснованное, минимально возможное энергопотребление на единицу готовой продукции, т.е. с учетом неизбежных потерь, связанных с необратимостью тех или иных процессов, и затрат на создание и эксплуатацию термодинамически совершенных как отдельных агрегатов так и систем в целом.

В настоящее время в промышленной энергетике можно найти немало примеров, когда степень совершенства использования энергии приближается к предельному состоянию. Так, для большинства котельных агрегатов используемых на промышленных ТЭЦ и в котельных, коэффициент использования теплоты топлива часто достигает 90-93 %, т.е. уже практически достигнут технико-экономический предел его повышения. На тех же ТЭЦ работают высокоэффективные теплофикационные турбины, вырабатывающие тепловую и электрическую энергию с минимальными потерями теплоты. Однако, сказанное в большей мере относится лишь к отдельно взятому энергетическому оборудованию. Что же касается сложных энергетических систем, то здесь имеются еще большие резервы для их совершенствования.

Еще более значительные резервы в плане повышения эффективности топливоиспользования имеют теплотехнические агрегаты и системы. Так, например, расчетное количество энергии требующееся в производстве стали составляет 285 кг у.т., а фактически в мировой практике черной металлургии для получения 1 тонны стали расходуется пока еще около 1000 кг условного топлива, то есть имеет место потери тепла с отходящими газами, охлаждением печей и продуктами плавки.

В области энергетики, где используются громадное количество энергетического твердого топлива (Павлодарские ГРЭСы и ТЭЦы и др.), остро стоит вопрос перевода энергетических комплексов на газ из бурых углей и отходов углеобогащения, тем самым решить экологические и экономические проблемы.

Необходимо разработать газогенераторы непрерывного действия и провести технологические исследования газификации углей с последующим промышленным внедрением в месторождениях энергетических углей.      

Для возможного решения данной проблемы предлагается использовать барабанное устройство профессора Вегмана Е.Ф. [2], предназначенное для обжига руд, металлизации агломерата под давлением. Устройство обеспечивает непрерывность процесса газификации, достижение всех технологических параметров. Для газификации углей на месторождении необходимо создание комплекса по получению газифицирующих агентов.

Выводы и перспективы:

Мировой опыт использования энергоресурсов и расчеты исследователей показывают, что при современном уровне потребления первичных энергетических ресурсов запасы нефти хватит на 40 лет, газа – 56 лет и угля на 197 лет.[3]

Поэтому энергосбережение и поиск альтернативных источников энергии в настоящее время стоит весьма остро.

В существующих условиях для экономии первичного топлива, кроме снижения энергозатрат путем совершенствования технологического процесса, следует обеспечить в полной мере использование вторичных энергетических ресурсов этих же процессов.

На фоне стремительного сокращения запасов органического топлива, отрицательного влияния большой энергетики на общепланетарный баланс природных сил и ресурсов возобновляемые источники энергии (далее - ВИЭ) являются наиболее привлекательными из всех существующих видов энергии.

В связи с этим необходимо опережающее освоение ВИЭ с доведением его доли в общем балансе используемой энергии до 35-40%, что значительно снизит влияние большой энергетики на окружающую среду и изменение климата, а также значительное сокращение расходов первичных энергоресурсов.

Использование ВИЭ в отдаленных районах села дает следующие преимущества:

-                    отсутствие затрат на транспортировку энергии;

-                    автономность энергоустановок (систем);

-                    неистощаемость;

-                    энергоустановки можно делать дешевыми, малогабаритными, моно- или многофункциональными;

-                    экологически безвредны.

Второй путь снижения влияния большой энергетики и крупных промпредприятий, использующих первичное топливо, на природу и климат является газификация углей, позволяющей исключить:

-                    перевозку многозольных углей на большие расстояния;

-                    подготовку угля к сжиганию (тонкий помол);

-                    систему топливоподачи;

-                    систему шлако-золоудаления;

-                    систему газоочистки

-                    золоотвалы и т.д., то есть, можно иметь весьма значительный экологический и экономический эффект.[4]

Для приоритетного освоения ВИЭ и газификации углей необходимо объединить научно-технический потенциал НИИ, ВУЗов, проектных организаций и крупных предприятий и разработать глобальные программы по использованию ВИЭ и газификации энергетических углей.

 

Литература

 

1.    К. Хендрикс, Х.М. Айхинтер, М. Йокш, Г.П. Домельс «Энергетические аспекты и современное потребление энергоносителей в черной металлургии». «Черные металлы», 1998 г.

2.    Авторское свидетельство № 1755843/22-2 10.03.72. Е.Ф.Вегман, А.М.Похвиснев и др. Московский институт стали и сплавов «Устройство для агломерации железных руд».

3.    Дорошин Г.А. «Повышение энергоэффективности и использования возобновляемых источников энергии – приоритеты развития энергетики в 21 веке» сб. докладов 2-ой Казахстанской международной конференции по энергетике, Алматы, 2003 г.

4.    О.Н. Леликова, А.А. Амирханов, Г.П. Лукин, Н.А. Шушакова «Получение альтернативных видов топлива из бурых углей». Сборник научных трудов №1 «Технология производства металлов и вторичных материалов». КарМетИ, г.Темиртау, 2002 г.