21 октября 2020

«В угольной генерации есть большой резерв для снижения выбросов»

«Государство не стимулирует энергетиков вкладывать деньги в экологию. В России нет никаких ни льгот, ни налоговых стимулов для внедрения современных технологий газоочистки. Никто не думает про стимуляцию, все только говорят – надо бороться за экологию». 
Поделиться в социальных сетях

Это интервью подготовлено для спецдоклада «Как сделать теплоснабжение Красноярска более экологичным?».

- Евгений Анатольевич, как вы оцениваете реальный вклад тепловой энергетики в загрязнение воздуха Красноярска? Не кажется ли вам, что проблемы от угольной генерации излишне преувеличены?

- Думаю, вы правы. Но есть и официальная статистика. Различные исследования показывают, что 20-30% в общем объеме выбросов в атмосферный воздух современных городов – это вклад именно тепловой энергетики. Понятно, что Красноярская ТЭЦ-1, которая находится в черте города, влияет на качество воздуха в городе сильнее, чем Красноярская ТЭЦ-3, которая построена фактически на окраине. На самом деле, не принципиально, какова реальная доля – будь она 19% или 31%. Очевидно, что определенное влияние все же есть. Нужно четко признать, что ТЭЦ, котельные, печное отопление – все, что можно отнести к тепловой энергетике – на экологию города так или иначе влияют. А значит, этим вопросом надо серьезно и системно заниматься. 

- Красноярск исторически – город угольной генерации. Есть ли плюсы от такой сложившейся специализации?

- Они объективны. Это, на самом деле, огромное достижение еще советской энергетики. Порядка 70-80% в себестоимости электрической и тепловой энергии занимает топливная составляющая. В этой связи угольная генерация крайне привлекательна для нас в силу низкой себестоимости угля. На том же Бородинском разрезе СУЭК себестоимость тонны угля 150-200 рублей. СГК, которая принадлежит СУЭК, наверное, покупает ее за 1000-1200 рублей. Если сопоставить со стоимостью того же мазута как энергетического топлива, которое на угольных ТЭЦ используется, прежде всего, в качестве растопочного, - цена на него уже составляет порядка 10000-15000 рублей за тонну. Природный газ, которого в Красноярске пока просто нет, стоил бы от 4500 до 6000 рублей за тысячу кубометров (что эквивалентно тонне угля). Так что с точки зрения экономики уголь для красноярских ТЭЦ – явное благо.

Мне кажется, это серьезное преимущество Красноярска, выраженное в более низкой себестоимости производства и, соответственно, тарифах для жителей на тепловую и электрическую энергию, с учетом того, что запасы угля в Канско-Ачинском угольном бассейне, который буквально рядом, очень велики. Да и Кузбасс, где добывается каменный, а не бурый уголь, тоже недалеко. На мой взгляд, в СССР была выработана абсолютно правильная стратегия: страна в свое время решила диверсифицировать топливный баланс в энергетике, и не класть все яйца в одну корзину. И на Западе страны все переводили на газ, а Сибирь оставили на угле.

Другое дело, что угольная генерация на современном этапе требует, так сказать, более внимательного отношения к решению экологических проблем, которые она создает. Общественный запрос со времен советских пятилеток сильно изменился – понимание проблем, которые сжигание угля потенциально может принести, если продолжать использовать советские технологии производства тепловой и электрической энергии, и ничего не менять, сейчас совсем другое. 

- Перевод угольных ТЭЦ Красноярска на газ спасет город от «черного неба»?

- К сожалению, не спасет.

Евгений Бойко, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТЭС Политехнического института СФУ
Снимок экрана 2020-10-14 в 16.22.45.png

- А технически это возможно, с учетом того состава оборудования, что есть на угольных ТЭЦ?

- Возможно, но вряд ли имеет смысл. Простой пример: когда вы переводите автомобиль с бензина на газ, вы же понимаете, что менять придется чуть ли не 30% всего оборудования. По моим оценкам, перевод трех ТЭЦ Красноярска на газ будет стоить порядка 25-30 млрд рублей. Это без учета, естественно, строительства магистрального газопровода до города (приблизительно 170-175 млрд рублей), которого пока нет даже в проекте (долгие годы обсуждаются только потенциальные маршруты). Большой вопрос – кто все это счастье будет оплачивать?

С технической точки зрения тоже не все так просто. Чтобы отказаться от угля как от топлива, прежде всего на ТЭЦ нужно будет поменять всю топливоподачу. Можно будет отказаться от угольных складов и мельниц, но придется строить газораспределительные пункты, устанавливать газгольдеры (что необходимо для оперативного хранения газа). Для газовых ТЭЦ также обязательно либо двукратное резервирование (то есть подключение к двум разным газопроводам), либо в черте города придется наращивать мощности мазутных хозяйств (на угольных ТЭЦ это топливо всего лишь растопочное, на газовых станет резервным и аварийным, а это другие объемы запасов). Потом надо будет полностью менять горелочный и топочный пояс. Стоимость реконструкции одной топки котла средней мощности – это миллиард рублей. И дешевле никак не получится.

При этом каждый котел всегда «заточен» (в прямом и переносном смысле) по энергетическим и экологическим параметрам, по ресурсу, по надежности, под конкретный вид топлива. Не просто, например, под канско-ачинские угли, а конкретно под бородинские, или назаровские. Технически невозможно сжигать в топках непроектное топливо: котел, конечно, какое-то время поработает, но вскоре выйдет из строя. Точно так же и с газом. Это экологически чистое топливо, и отсутствие в нем минеральных элементов вроде бы сильно упростит организацию процессов сжигания. Но для газа нужны совсем другие поверхности нагрева и тепловые схемыкотлов, способные работать при более высоких температурах. Угольный котел на газе просто рано или поздно «сгорит», металл не выдержит. Поэтому нужно будет провести и реконструкцию тепловой схемы: пароперегревателей, топочных экранов. Правда, можно будет практически полностью отказаться от газоочистки, ликвидировать электрофильтры. Это, кстати, тоже затраты: демонтаж электрофильтра, который сам по себе стоит под миллиард, обойдется, наверно, в 100 млн рублей.

Это все вопрос затрат. Котлы будут работать на газе, если их реконструировать. Есть примеры, когда котел на угольной ТЭЦ все-таки настраивают, и переводят на новый вид топлива. Но это в любом случае может обернуться потерей базовых характеристик котельного агрегата. Мнение о том, что принципиально сильно упадет эффективность при газификации пылеугольной ПТУ – нет, это не совсем так. Все зависит от технических решений. Может получится, а может и не получиться. В России накоплен как успешный, так и не очень позитивный опыт перевода угольных котлов на газ.

«Чтобы отказаться от угля как от топлива, прежде всего на ТЭЦ нужно будет поменять всю топливоподачу. Можно будет отказаться от угольных складов и мельниц, но придется строить газораспределительные пункты и устанавливать газгольдеры».

Вообще, если говорить о газификации Красноярска и всего края, то замыкаться на переводе угольных ТЭЦ на этот вид топлива – дело, мягко говоря, не очень разумное. Считать нужно комплексные эффекты – в крае развита энергоемкая алюминиевая промышленность, не эффективный сектор ЖКХ, есть водный транспорт, который пока ходит на солярке. Газификация может принести много позитивных эффектов. Причем не обязательно трубопроводная – возможна и стратегия, основанная на использовании СПГ речным транспортом. По крайней мере, над этим сценарием стоит подумать. Но сейчас в крае, мне кажется, нет ни опыта, ни квалифицированныхсил, чтобы этим заниматься. Почему-то считается, что должен прийти условный «НОВАТЭК» и все сделать. Это задача комплексная, она выходит за рамки TЭK, поэтому ею должны заниматься межотраслевые системные специалисты.

- Если говорить об экологической модернизации действующих в Красноярске угольных ТЭЦ – станций высокого давления, работающих по классическому циклу Ренкина – достигнуты ли уже технические пределы? Или еще есть куда двигаться?

- Вариантов для развития, на самом деле, очень много. Понятно, что в каждом конкретном случае дело придется иметь с конкретным составом оборудования, спроектированным еще в советские годы под определенные энергетические и экологические параметры. И здесь мы неминуемо рано или поздно достигнем определенного предела здравого смысла. Нужно четко понимать, что угольные ТЭЦ выбрасывают три основных загрязнителя (на самом деле, больше, но я говорю именно про основные).

Во-первых, это частички золы – характерное именно для твердых топлив загрязняющее вещество, никуда от этого не деться. Объемы пылевых выбросов – минеральной части, с содержанием кремния до 20%, зависят как раз от использующихся на станции технологий газоочистки.

Во-вторых, по степени токсичности воздействия на окружающую среду и на организм человека, – это оксиды серы. Для понимания – это где-то в миллион раз токсичнее, чем золовые частички. Между тем про серу на угольных ТЭЦ стараются не говорить. И главный аргумент, частично справедливый – что угли Канско-Ачинского бассейна малосернистые. Но, как говорится, все в этом мире относительно. Да, в этих бурых углях серы меньше, если сравнивать их с углями других бассейнов. Например, в бородинских содержание серы – 0,2-0,3%, в других марках этот показатель может доходить до 1%. Но это – с точки зрения энергетического использования. Для теплоэнергетиков очень важно подсчитать объемы продуктов сгорания, чтобы настроить технологию с точки зрения удаления этих продуктов (работу дымососов, дутьевых установок и т.п.). Вот для чего этот показатель важен. А с точки зрения снижения выбросов оксидов серы в целом от угольных ТЭС, то в ЕЭС России нет ни одного объекта, где бы этим вопросом занимались (Троицкую ГРЭС и Черепетскую ГРЭС, где сероочистка построена, скорее, можно рассматривать в качестве экспериментальных площадок). Если сейчас не вдаваться в маркетинг, в рынки сбыта, нужно для начала хотя просто чисто технически признать, что у нас оксидов серы вылетает в среднем при сгорании угля 600-800 миллиграмм на кубометр, которые, напомню, в миллион раз токсичнее, чем те же золовые частички, и с этим никто ничего не делает. Такого вопроса в России не стоит.

В-третьих, еще один выброс, который в миллион раз токсичнее, чем оксиды серы, это оксиды азота, выбросы которых на пылеугольных котлах могут меняться от 300 миллиграмм на кубометр до 1200. В мировой практике угольная генерация обязательно оснащается серо- и азотоочистными установками (обычно такие технологии направлены сразу и на улавливание оксидов и диоксидов азота). 

- А сажа?

- Сажа образуется при сжигании мазута либо газообразных топлив. По сути, это не догоревший мелкодисперсный углерод. Угольная генерация таких выбросов практически не производит. В бурых углях, конечно, есть летучие вещества, порядка 40-50%, а в них есть смола. Вспомните, когда вы жгли костры, то видели, как при горении сырого топлива сначала выделяется смола – прямо на поверхности. Эта смола никуда не девается, и через миллионы лет превращения древесины в уголь оказывается в нем. При сжигании бурых углей может образовываться небольшое количество сажи, и даже бенз(а)пирена, но эти объемы выбросов не принципиальны, потому что на мощных ТЭС организована высокотемпературная обработка топлива и продуктов его горения – температура ядра факела в топках доходит до 1350-1600 градусов по Цельсию. В таких условиях все летучие вещества дожигаются, и с ними проблем не возникает.

Но при сжигании мазута или природного газа, в зависимости от соотношения топлива и воздуха в топках, такие выбросы могут образовываться и вылетать в дымовую трубу. При сжигании мазута в целом возникает много проблем – образование сажистых и ванадиевых отложений на поверхностях нагрева котлов, что чревато снижением теплопередачи. Такие котлы требуют постоянной очистки. При сжигании углей о саже вообще говорить непрофессионально. Так же как и о бенз(а)пирене – представленным непредельными углеводородами, группы СnНm, и какими-то другими комбинациями. Он, конечно, в миллион раз токсичнее, чем оксиды азота. Но при сжигании угля его выбрасывается просто мизер. Я даже уверен, что бенз(а)пирена выбрасывается просто ноль, поскольку он весь при правильной наладке котла дожигается в топке.

Если оксиды серы и оксиды азота образуются из серы и азота, содержащихся в самом топливе, а также в воздухе, то тот же бенз(а)пирен может вылететь только из смолы, которой, как я уже объяснил, в угле очень мало. Проблема может возникнуть, если машинисты котлов не будут выдерживать стехиометрию и станут «зажимать» подачу воздуха в топку. Вот тогда начнут выделяться полиароматические углеводороды. Но на ТЭС за этим строго следят, потому что это вопрос даже не самого бенз(а)пирена, выбросы которого не замеряются, это вопрос химического и механического недожога топлива. А это уже важные энергетические характеристики. Эффективность достижения которых – главная задача любой угольной ТЭС.

угольные ТЭЦ выбрасывают три основных загрязнителя - пыль или частицы золы, диоксид серы, а также оксид и диоксид азота.

- Вернемся к обозначенной вами троице. С первым видом выбросов, получается, на угольных ТЭС в России научились справляться?

- Да, есть понимание проблемы, есть технологии – циклоны, скрубберы, электрофильтры. Но журналистов частенько сбивают с толку, рассказывая сказки о чрезвычайной эффективности, например, электрофильтров – мол, вот поставят их на той же Красноярской ТЭЦ-1 вместо менее эффективных батарейных циклонов, и наступит полное счастье. Но при этом упускается из виду, что электрофильтры позволяют решить исключительно проблему взвешенных, золовых веществ – говоря упрощенно, пыли. А вот оксиды серы и азота никто и нигде в России на ТЭС, в том числе и в Красноярске, не улавливает.

При этом, например, на красноярских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 до сих пор работают котлы с жидким шлакоудалением. На ТЭЦ-2 таких котлов три из шести, на ТЭЦ-1 – три из 17. А эта технология – одна из причин высоких выбросов оксидов азота. Один только перевод таких котлов на технологию твердого шлакоудаления позволит кратно, хотя бы два раза, снизить выбросы этого загрязняющего вещества.

- За счет чего?

- Топочная камера – это огромное рабочее пространство высотой 20-40 метров. Пылеугольное топливо сжигают в факеле, подавая в топку еще и воздух, а шлак, который образуется в процессе, в сухом и твердом виде удаляется через холодную воронку. Не нужно путать это с системами гидрозолошлакоудаления на ТЭЦ – те, что работают на заполнение золошлакоотвалов. Они «отводят» не только шлак, но и золу, которую «ловят» электро- или другие фильтры. Я же говорю про подходы к удалению шлака из самой топки. Шлак – та же зола, которая в силу высокотемпературной обработки объединяется в конгломераты, этакие камушки, и выпадает из топки вниз.

Так вот, в котлах с твердым ШУ температура ядра факела составляет 1350 градусов. Оксиды азота в процессе сжигания угля образуются как из азота, содержащегося в самом топливе (как правило, эти процессы начинаются от 600 градусов и выше), так и из азота в составе газовоздушных смесей, которые подаются в топку. В случае с воздухом оксиды азота образуются при температуре 1400 градусов и выше. Температура ядра факела получается пограничная, поэтому признано, что котлы с твердым ШУ экологически чище – в силу того, что температура ниже, и эти «воздушные» оксиды азота в них просто не образуются.

Но высокие показатели паропроизводительности таких традиционных котлов достигались достаточно большой высотой и, соответственно, металлоемкостью этих агрегатов. На этапе, когда «экономика должна была стать экономной», примерно в 1970-е, почти вся мировая энергетика, в том числе и советская, пришла к тому, что нужно повысить температуру ядра факела, и за счет этого уменьшить габариты котлов, и где-то на 30% - и металлоемкость. Тогда и придумали «топки с жидким шлакоудалением». Конструктивно они схожи с топками с твердым ШУ, но в них делается пережим по высоте и конструктивно организуется специальная камера горения, температура в которой доходит до 1600-1800 градусов по Цельсию. К чему приводит повышение температуры ядра факела? К тому, что у вас тот же самый уголь, с той же самой минеральной частью, удаляется из топки в жидком виде – по сути, в виде магмы. Потом ее охлаждают водой и гранулируют в виде тех же камушков, что образуются в топках с твердым ШУ. Просто шлаковая ванна заполняется и охлаждается водой. Проблема в том, что технология удаления шлака принципиально другая – или он сыплется сухой, как песок (при твердом удалении), или он вытекает и тянется в виде магмы.

При столь высоких температурах при сжигании неминуемо появляются «воздушные» NOx. В советские годы на это вообще не обращали внимания – цель была рациональная (сократить металлоемкость), экология никого не беспокоила. Но в итоге все эти эксперименты обернулись тем, что на таких котлах выбросы оксидов азота могут достигать 800–1200 миллиграмм на кубометр. В то время как в топках с твердым ШУ – всего 350-600 миллиграмм на метр кубический. Это одна из самых больших проблем угольных ТЭЦ Красноярска. К счастью, такие котлы давно перестали строить. Но в Красноярске вот успели установить…

Я к чему это все так подробно объяснял? Вы должны понимать, что вообще-то газоочистка – это решение проблемы выбросов постфактум. Но в угольной генерации в мире, да и не только в ней, развиваются и другие направления. В том числе связанные с подготовкой топлива, с технологией его сжигания. А здесь потенциал – до 50% сокращения выбросов. Очевидно же, что лучше по максимуму все решить на этапе до и в процессе сжигания, а не заниматься только улавливанием газообразных потоков. Если у вас, например, загноился палец, то можно бесконечно клеить лейкопластыри и думать о том, что вы его лечите. А можно понять, почему он загноился, и попытаться вылечить. Чувствуете разницу подходов?

«Выбросы оксидов азота от котлов с жидким шлакоудалением могут достигать 800–1200 миллиграмм на кубометр. В то время как в топках с твердым ШУ – всего 350-600 миллиграмм на метр кубический».

- Конечно. Сюда же, видимо, стоит отнести и замену высокого давления на ту же сверхкритику?

- Не совсем. У нас многое привыкли объяснять отсутствием культуры и опыта. Российские энергетики, как представители огромной отрасли, во многом консервативны и так заточены, не в обиду им будет сказано, что поменять технологию, пересесть с «Запорожцев» и попробовать «Мерседес» или «Тойоту», для них – практически невыполнимая задача. Готов поспорить, что если все-таки СГК начнет строить второй энергоблок на Красноярской ТЭЦ-3, то выберет решение, аналогичное первому блоку – то есть, по сути, это снова будет проект 30-летней давности. Без газоочистки и других обычных для мировой практики подходов, которые за рубежом закладывают еще на старте. Про ССКП и тем более «ультра-сверхкритику» в этом случае и говорить нечего!

Вообще, про давление имеет смысл вести речь, только когда вы начинаете беспокоиться об энергетической эффективности, о себестоимости продукции, о тарифах. На современных ТЭС на производство киловатт-часа уходит 260-280 грамм условного топлива. За счет повышение параметров перегретого пара удельные расходы условного топлива (т.н. УРУТ) можно снизить до 200 миллиграмм. Но это – вопрос себестоимости продукции. Либо вы хотите повысить себе маржу, как собственник, либо вы реально понимаете, что вы социально ответственное предприятие, и хотите снизить тарифы, и строите блоки на сверхкритические параметры. С точки зрения экологии эффект здесь один – если УРУТ падает, соответственно, расход топлива уменьшается. И вы опосредовано снижаете и выбросы.

То же самое касается и технологий сероазотоочистки. В России, как уже было сказано, они не используются. Одна из причин – нет понимания, что этим нужно заниматься. Всегда проще сказать, что проблемы просто нет. Кроме того, стоимость таких систем сопоставима со стоимостью основного оборудования. То есть такая установка будет стоить столько же, сколько и сам котел. Для примера: энергоблок на Красноярской ТЭЦ-3 обошелся СГК в 15 млрд рублей. Думаю, котел стоил 5 млрд, столько же – турбина, и все остальное вспомогательное оборудование – тоже 5 млрд. Вот и представьте: вам еще такую же сумму надо вложить в то, что никто в России никогда делал, потому что этого от вас никто и не требует. Проще сказать, что и так все хорошо.

И еще одна причина: на мой взгляд, государство не стимулирует энергетиков вкладывать деньги в экологию. В России нет никаких ни льгот, ни налоговых стимулов для внедрения современных технологий газоочистки. Никто не думает про стимуляцию, все только говорят – надо бороться за экологию. Но это должна быть масштабная госпрограмма, а не разговоры. Все возможные технологии прописаны в том же Справочнике НДТ ИТС-22, и что? Где взять деньги на их внедрение? Где дорожная карта по развитию этих технологий? Все осталось на уровне лозунгов. Никакого интереса и мотивации у частного собственника ТЭЦ делать эти объекты экологичнее и чище нет. 

- С точки зрения финансовой мотивации трудно поспорить с вашим диагнозом. А если посмотреть с технической точки зрения – вот на эти котлы, хоть с твердым, хоть с жидким ШУ, есть ли вообще смысл «навешивать» современную газоочистку?

- Нет. Это глупо. Это как на старый «Запорожец» поставить новый карбюратор. Профессиональные энергетики все понимают – какой смысл оснащать «Запорожец» современными системами? Он так и останется «Запорожцем». Как был экологически «грязный», таким и останется. Кардинальное решение – строительство новых энергоблоков, но с обязательной сероазотоочисткой и активными методами подготовки и сжигания топлива. Это было бы правильно с точки зрения технических решений. Но энергетики сделают все, чтобы этим не заниматься, пока для этого, опять же, не будет создано стимулирующих мер. Единственное, на что могут расщедриться – это электрофильтры и строительство более высоких дымовых труб. Имиджево и весьма просто. 

- Погодите, так высокая дымовая труба на Красноярской ТЭЦ-1 – это прям никак не поможет экологии?

- Объяснение, что чем выше труба, тем больше площадь рассеивания, соответственно, приземные концентрации загрязняющих веществ ниже, формально правильное. Но эти почти 40 тысяч тонн, которые ежегодно выбрасывают три красноярских ТЭЦ, все равно оказываются в атмосфере. Какая разница, как они потом рассеиваются? Это лукавое заблуждение, формально правильное с точки зрения физики и ПДК.

Но задача должна звучать иначе – не как-то там хитро и хорошо все рассеивать, а просто меньше выбрасывать. За рубежом есть угольные ТЭС с нулевыми показателями эмиссии. У угольной генерации есть очень большой потенциальный резерв по снижению выбросов – причем как при использовании традиционных технологий сжигания, так и за счет внедрения новых решений. Просто этим нужно системно заниматься. И начинать, естественно, с котлов – все выбросы определяются именно параметрами котлоагрегатов.

И второе практически неразвитое в России направление – это использование золошлаковых отходов. Во-первых, так можно решить проблему переполнения золошлакоотвалов. Во-вторых, создать новую индустрию, основанную на использовании сухих зол ТЭС.

- Резюмируя: какой сценарий экологизации теплоснабжения Красноярска вам лично кажется самым реальным в среднесрочной перспективе, с точки зрения эффективности, экономики, тарифов?

- В городе точно нужно развивать систему централизованного теплоснабжения: потихоньку закрывать мелкие и неэффективные котельные. Постепенно решать проблему печного отопления и автономных источников тепла, это до 20% в общем объеме выбросов ЗВ. Эти источники надо просто исключать, все переводить на централизованное тепло. Я не знаю цены вопроса. Но я знаю, что тариф меньше, чем при когенерации на ТЭЦ, не получить нигде. Все остальное будет стоить однозначно дороже. Но тут тоже вопрос, кто за все заплатит, будет ли субсидирование, готово ли будет население покупать тот же термококс или массово ставить у себя в домах электрокотлы.

И, конечно, нужно по-настоящему сформулировать задачу модернизации существующего оборудования ТЭЦ, найти технические решения и финансирование под такие проекты. Банальность скажу, но пока на это просто не хватает политической воли. В частности, в больших компаниях, потому что для них не создано источников и механизмов финансирования, с помощью которых они смогли бы с интересом и профессионально всем этим всерьез заниматься. Движение эко-общественников в этом плане очень полезно, они систематически напоминают руководителям предприятий, что проблемы есть и их придется рано или поздно решать. Но требуются и системные меры на госуровне.

http://zapad24.ru/
«У угольной генерации есть очень большой потенциальный резерв по снижению выбросов – причем как при использовании традиционных технологий сжигания, так и за счет внедрения новых решений. Просто этим нужно системно заниматься. И начинать, естественно, с ко
Александр Попов Учредитель и шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект