Если заглянуть в документы, определяющие развитие российской энергетики на ближайшие пару десятков лет, можно увидеть, что уголь в качестве топлива для генерирующих мощностей будет, как и прежде, незаменим. Более того, в Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2030 года прямо говорится: в структуре производства электричества будет устойчиво расти доля электростанций, работающих на нём. Особенно это актуально для Сибири и Дальнего Востока, где ставка делается на развитие ТЭЦ и ГРЭС. Что не удивляет: за Уралом расположены базовые угольные бассейны – Кузнецкий и Канско-Ачинский. Причём на последнем, согласно Энергетической стратегии России до 2030 года, предполагается как минимум двукратное увеличение объёмов добычи – до 90–115 млн. тонн ежегодно к концу третьего десятилетия XXI века. 

Сырьё, добываемое в крупнейшем в России Канско-Ачинском буроугольном бассейне, отличается, в зависимости от месторождения, низкой или средней зольностью, малым содержанием серы и довольно высокой тепло-творной способностью. Однако при его сжигании на электростанциях возникает ряд специфических проблем. В первую очередь это шлакование и загрязнение поверхностей нагрева котлов ТЭЦ, что приводит к снижению коэффициента использования установленной мощности оборудования. Помимо этого выбросы от сжигания топлива, добытого в Канско-Ачинском бассейне, отличаются относительно высоким содержанием оксидов азота. «Многолетний опыт использования этих углей на тепловых электростанциях показал, что традиционные способы их подготовки и сжигания не в полной мере соответствуют современным требованиям обеспечения надёжности и эколого-экономической эффективности работы котельных агрегатов – к такому выводу приходит в своей докторской диссертации профессор кафедры «Тепловые электрические станции» политехнического института Сибирского федерального университета Виталий Дубровский. – В связи с этим возникла необходимость разработки новых и совершенствования существующих методов и средств, обеспечивающих комплексное решение проблем использования канско-ачинских углей в энергетических системах, а также применения наукоёмких технологий». 

«Начало было положено ещё в 1945 году»

Сам Виталий Алексеевич с группой коллег и единомышленников подошёл к решению нетривиальной технической задачи на предварительном этапе – на стадии термической подготовки топлива к сжиганию в энергетических котлах. Идея эта, впрочем, не нова. «Начало было положено ещё в 1945 году, – усмехается мой собеседник в ответ на вопрос о том, какова предыстория проекта. – Тогда академик Зиновий Фёдорович Чуханов предложил технологию термической переработки углей с получением жидких, газообразных и твёрдых продуктов (полукокса). Для того чтобы её отработать, в СССР было построено несколько опытных промышленных установок, в том числе на заводе «Сиб-электросталь» в Красноярске. И мы впервые в семидесятых годах прошлого века на опытно-промышленном огневом стенде кафедры ТЭС политехнического института провели полномасштабные испытания по сжиганию полукокса из углей Канско-Ачинского бассейна. Тогда мы получили хороший эффект как по снижению оксидов азота, так и по применению полукокса в качестве энергетического топлива. Но, поскольку советская власть приказала долго жить, продвижения эти начинания не получили. И лет двадцать назад нам пришло в голову: «А почему бы не сделать термическую подготовку непосредственно в условиях тепловой электростанции?»

В итоге были разработаны и изготовлены специальные горелочные устройства, которые могут использоваться как в режиме растопки, так и в качестве основных горелок. Устанавливать их можно непосредственно в существующие амбразуры топочных камер котельных агрегатов тепловых электростанций, что значительно снижает затраты при монтаже оборудования. В ранних опытных образцах устройств, которые в 2001 году были установлены на Красноярской ТЭЦ-2, а в 2005-2006 годах испытывались на Томь-Усинской ГРЭС, для разогрева муфельной части горелок использовался мазут. Если учесть, что расход жидкого топлива достигал 300 кг, а его стоимость превышала 10 тыс. рублей за тонну, получались затраты всего в 3 тыс. рублей. Тем не менее на ТЭС необходимо было иметь громоздкое мазутное хозяйство. В дальнейшем, когда в горелочном устройстве были использованы специальные нагреватели мощностью 50–70 кВт, необходимость в этом исчезла. 

Но не только экономику можно отнести к сильным сторонам универсальных энергоэффективных горелочных устройств для современных теплоэлектростанций (именно таково название изобретения красноярских учёных, на которое получено больше сотни патентов и сертификат соответствия). Их применение обеспечивает возможность снизить содержание оксидов азота в уходящих дымовых газах в 2–2,5 раза. Использование такой технологии сжигания также позволяет снизить уровень шлакования поверхностей нагрева котлов и повысить экономичность работы агрегатов, что в итоге даёт ощутимую прибавку к коэффициенту использования установленной мощности энергоблоков. Ещё один несомненный плюс – в топливно-энергетический баланс России можно вовлечь колоссальные запасы сажистых углей, которые, в силу их низкого качества, сейчас попросту отправляют в отвал вместе с пустой породой. 

Решение сейчас, а не потом

«Самое главное заключается в том, что технология предварительной термической подготовки углей разработана давно, но реализовать её непосредственно в условиях электрической станции нам удалось впервые», – не без гордости говорит Виталий Дубровский. Технологию уже успели опробовать не только на Красноярской ТЭЦ-2, принадлежащей ОАО «Енисейская территориальная генерирующая компания» (ТГК-13), Томь-Усинской ГРЭС ОАО «Кузбассэнерго» (ТГК-12), но и на Беловской ГРЭС, которая также входит в состав одного из филиалов «Кузбасс-энерго». В настоящее время проект по внедрению универсального горелочного устройства на котле БКЗ-420 реализуется на Красноярской ГРЭС-2 ОАО «ОГК-2». «Со стороны персонала Красноярской ГРЭС-2 мы находим взаимопонимание – начиная от директора и заканчивая мастерами», – замечает Виталий Алексеевич.

Цена такого решения относительно невысока – 15 млн. рублей. Именно эта сумма необходима для оснащения одного котла универсальными горелочными устройствами, разработанными красноярскими специалистами. «Имея эти средства, мы в течение года всю работу сдадим «под ключ», – подчёркивает профессор политехнического института СФУ. Однако замена лишь одного действующего котла на более современную конструкцию займёт немало времени, а расходы на неё будут измеряться не одной сотней миллионов рублей. 

Интерес к новой разработке со стороны энергетиков достаточно высок, что подтверждают переговоры с руководством ОГК-2, ТГК-12 и ТГК-13. Потенциально универсальными горелочными устройствами могут быть оснащены многие тепловые станции Красноярского края, Иркутской области и регионов Дальнего Востока, работающие на бурых углях. Впрочем, практика показала, что с не меньшим успехом они могут применяться на ТЭЦ Кемеровской области, использующих каменный уголь. «Наш проект предусматривает организацию промышленного производства конкурентоспособной продукции на заводах котельного оборудования, – резюмирует визави «Сибирского энергетика». – Это даст возможность создания инфраструктурных решений для экономического роста энергетической отрасли и значительно повысит уровень конкурентоспособности отечественных энергетических компаний как на внутреннем, так и на внешнем рынке».