Вугільний ТЕЦ. Міні-тец на деревних відходах

Залишіть коментар 6,950

13.12.2010
Президент Росії Дмитро Медведєвна засіданні Ради безпеки країни 13 грудня доручив уряду розробити доктрину енергетичної безпеки. Про це повідомляє РІА Новини
........................................
Президент зазначив, що зараз у Росії на електростанціях невиправдано часто використовується газ. "Ми все ще невиправдано витрачаємо наші газові запаси, переводячи на "блакитне паливо" навіть ті ТЕЦ та котельні, де можна було б ефективно використати вугілля", - цитує слова президента "Інтерфакс". Є такі конструктивні рішення, на основі яких можна модернізувати існуючі та будувати нові теплові електростанції, забезпечуючи при цьому зниження вартості виробництва електроенергії та зменшення шкідливих викидів у навколишнє середовище

РІЧАРД Е. БОЛЗХАЙЗЕР, КУРТ Е. ІГЕР
"У світі науки" (Scientific American) №11 1987

В1879 р., коли Томас Алва Едісонвинайшов лампу розжарювання, почалася епоха електрифікації. Для виробництва великих кількостей електроенергії потрібно дешеве і доступне паливо. Цим вимогам задовольняло кам'яне вугілля, і перші електростанції (побудовані в наприкінці XIXв. самим Едісоном) працювали на вугіллі. У міру того, як у країні будувалося все більше і більше станцій, залежність від вугілля зростала. Починаючи з першої світової війни, приблизно половина щорічного виробництва електроенергії в США припадала на теплові електростанції, що працюють на кам'яному вугіллі. У 1986 р. загальна встановлена потужність таких електростанцій становила 289000 МВт, і вони споживали 75% усієї кількості (900 млн. т) вугілля, що видобувається в країні. Враховуючи існуючі невизначеності щодо перспектив розвитку ядерної енергетики та зростання видобутку нафти і природного газу, можна припустити, що до кінця століття теплові станції на вугільному паливі будуть виробляти до 70% всієї електроенергії, що виробляється в країні.
Однак, незважаючи на те, що вугілля довгий час був і ще багато років буде основним джерелом отримання електроенергії (у США на його частку припадає близько 80% запасів усіх видів природних палив), він ніколи не був оптимальним паливом для електростанцій. Питома вміст енергії на одиницю ваги (тобто теплотворна здатність) біля вугілля нижче, ніж у нафти чи газу. Його важче транспортувати, і, крім того, спалювання вугілля викликає низку небажаних екологічних наслідків, зокрема випадання кислотних дощів З кінця 60-х років привабливість теплових станцій на вугіллі різко пішла на спад у зв'язку з посиленням вимог до забруднення середовища газоподібними та твердими викидами у вигляді золи та шлаків. Витрати на вирішення цих екологічних проблем поряд із зростанням вартості будівництва таких складних об'єктів, якими є теплові електростанції, зробили менш сприятливими перспективи їх розвитку з суто економічної точки зору.
Однак, якщо змінити технологічну базу теплових станцій на вугільному паливі, їхня привабливість може відродитися. Деякі з цих змін мають еволюційний характер і націлені головним чином збільшення потужності існуючих установок. Разом з тим розробляються абсолютно нові процеси безвідходного спалювання вугілля, тобто з мінімальною шкодою довкілля. Впровадження нових технологічних процесів спрямоване на те, щоб майбутні теплові електростанції на вугільному паливі піддавалися ефективному контролю на ступінь забруднення ними навколишнього середовища, мали гнучкість з точки зору можливості використання різних видіввугілля та не вимагали великих термінів будівництва.

Щоб оцінити значення досягнень у технології спалювання вугілля, розглянемо коротко роботу нормальної теплової електростанції на вугільному паливі. Вугілля спалюється в топці парового котла, що є величезною камерою з трубами всередині, в яких вода перетворюється на пару. Перед подачею в топку вугілля подрібнюється в пилюку, за рахунок чого досягається майже така ж повнота згоряння, як і при спалюванні горючих газів. Великий паровий котел споживає щогодини в середньому 500 т пилоподібного вугілля і генерує 2,9 млн кг пара, що достатньо для виробництва 1 млн квт-год електричної енергії. За той же час казан викидає в атмосферу близько 100000 м3 газів.
Генерована пара проходить через пароперегрівач, де його температура і тиск збільшуються, і потім надходить у турбіну високого тиску. Механічна енергія обертання турбіни перетворюється електрогенератором на електричну енергію. Для того щоб отримати більш високий ккд перетворення енергії, пара з турбіни зазвичай повертається в котел для вторинного перегріву і потім рухає одну або дві турбіни низького тиску і тільки після цього конденсується шляхом охолодження; конденсат повертається у цикл котла.
Обладнання теплової електростанції включає механізми паливоподачі, котли, турбіни, генератори, а також складні системи охолодження, очищення димових газів та видалення золи. Всі ці основні та допоміжні системи розраховуються так, щоб працювати з високою надійністю протягом 40 або більше років при навантаженнях, які можуть змінюватись від 20% встановленої потужності станції до максимальної. Капітальні витрати на обладнання типової теплової електростанції потужністю 1000 МВт зазвичай перевищують 1 млрд. дол.

Ефективність, з якою тепло, звільнене при спалюванні вугілля, може бути перетворено на електрику, до 1900 становила лише 5%, але до 1967 досягла 40%. Іншими словами, за період близько 70 років питоме споживання вугілля на одиницю електричної енергії, що виробляється, скоротилося у вісім разів. Відповідно відбувалося і зниження вартості 1 кВт встановленої потужності теплових електростанцій: якщо в 1920 р. вона становила 350 дол. (у цінах 1967 р.), то в 1967 р. знизилася до 130 дол. Ціна електроенергії, що відпускається, також впала за той же період з 25 центів до 2 центів за 1 кВт-чай.
Проте, починаючи з 60-х років темпи прогресу стали падати. Ця тенденція, мабуть, пояснюється тим, що традиційні теплові електростанції досягли межі своєї досконалості, що визначається законами термодинаміки та властивостями матеріалів, з яких виготовляються котли та турбіни. З початку 70-х років ці технічні чинники посилилися новими економічними та організаційними причинами. Зокрема, різко зросли капітальні витрати, темпи зростання попиту на електроенергію сповільнилися, посилилися вимоги щодо захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів та подовжилися терміни реалізації проектів будівництва електростанцій. Через війну вартість виробництва електроенергії з вугілля, мала багаторічну тенденцію до зниження, різко зросла. Справді, 1 кВт електроенергії, виробленої новими тепловими електростанціями, коштує тепер більше, ніж у 1920 р. (у порівнянних цінах).

ДЕМОНСТРАЦІЙНА СТАНЦІЯ "Cool Water" фірми Southern California Edison щодня переробляє 1000 т кам'яного вугілля, отримуючи газ, що згорає без відходів.
Продукти згоряння обертають газову турбіну електрогенератора. Відпрацьоване тепло вихлопних газів використовується для водяної пари, яка обертає парову турбіну іншого електрогенератора.
На фотографії видно два вугільні бункери (у центрі). Праворуч від них газифікаційна установка, система охолодження газів та електрогенеруюче обладнання.

В останні 20 років на вартість теплових електростанцій на вугільному паливі найбільше впливали вимоги до видалення газоподібних, що посилилися.
рідких та твердих відходів. На системи газоочищення та золовидалення сучасних теплових електростанцій тепер припадає 40% капітальних витрат та 35% експлуатаційних витрат. З технічної та економічної точок зору найбільш значним елементом системи контролю викидів є установка для десульфуризації димових газів, часто звана системою мокрого (скрубберного) пиловловлення. Мокрий пиловловлювач (скруббер) затримує оксиди сірки, що є основною забруднювальною речовиною, що утворюється при згорянні вугілля.
Ідея мокрого пиловловлення проста, але на практиці виявляється важко здійсненною і дорогою. Лужна речовина, зазвичай вапно або вапняк, змішується з водою, розчин розпорошується в потоці димових газів. Окисли сірки, що містяться в димових газах, абсорбуються частинками лугу і випадають з розчину у вигляді інертного сульфіту або сульфату кальцію (гіпсу). Гіпс може бути легко видалений або, якщо він досить чистий, може знайти збут як будівельний матеріал. У складніших і дорогих скруберних системах гіпсовий осад може перетворюватися на сірчану кислоту чи елементарну сірку - цінніші хімічні продукти. З 1978 р. установка скруберів є обов'язковою на всіх теплових електростанціях, що будуються, на пилокутному паливі. Внаслідок цього в енергетичній промисловості США зараз більше скруберних установок, ніж у всьому світі.
Вартість скруберної системи на нових станціях зазвичай складає 150-200 дол. на 1 кВт встановленої потужності. Установка скруберів на станціях, що діють, спочатку спроектованих без мокрого газоочищення, обходиться на 10-40% дорожче, ніж на нових станціях. Експлуатаційні витрати на скрубери досить високі незалежно від того, встановлені вони на старих чи нових станціях. У скруберах утворюється величезна кількість гіпсового шламу, який необхідно витримувати у відстійних ставках або видаляти у відвали, що створює нову екологічну проблему. Наприклад, теплова електростанція потужністю 1000 МВт, що працює на кам'яному куті, що містить 3% сірки, виробляє на рік стільки шламу, що їм можна покрити площу в 1 км2 шаром завтовшки близько 1 м.
Крім того, системи мокрого газоочищення споживають багато води (на станції потужністю 1000 МВт витрата води становить близько 3800 л/хв), а їх обладнання та трубопроводи часто схильні до засмічення та корозії. Ці фактори збільшують експлуатаційні витрати та знижують загальну надійність систем. Нарешті, у скруберних системах витрачається від 3 до 8% вироблюваної станцією енергії на привід насосів і димососів та на підігрів димових газів після газоочищення, що необхідно для запобігання конденсації та корозії в димових трубах.
Широке поширення скруберів в американській енергетиці був ні простим, ні дешевим. Перші скруберні установки були значно менш надійними, ніж решта обладнання станцій, тому компоненти скруберних систем проектувалися з великим запасом міцності та надійності. Деякі з труднощів, пов'язані з установкою та експлуатацією скруберів, можуть бути пояснені тим фактом, що промислове застосування технології скруберного очищення було розпочато передчасно. Тільки тепер, після 25-річного досвіду, надійність скруберних систем досягла прийнятного рівня.
Вартість теплових станцій на вугільному паливі зросла не тільки через обов'язкову наявність систем контролю викидів, а й тому, що вартість будівництва сама по собі різко підскочила вгору. Навіть з урахуванням інфляції питома вартість встановленої потужності теплових станцій на вугільному паливі зараз утричі вища, ніж у 1970 р. За минулі 15 років «ефект масштабу», тобто вигода від будівництва великих електростанцій, був зведений нанівець значним подорожчанням будівництва . Частково це подорожчання відбиває високу вартість фінансування довгострокових об'єктів капітального будівництва.
Який вплив має затримка реалізації проекту, можна побачити з прикладу японських енергетичних компаній. Японські фірми зазвичай більш спритні, ніж їхні американські колеги, у вирішенні організаційно-технічних та фінансових проблем, які часто затримують введення в експлуатацію великих будівельних об'єктів. У Японії електростанція може бути побудована та пущена в дію за 30-40 місяців, тоді як у США для станції такої ж потужності зазвичай потрібно 50-60 місяців. При таких великих термінах реалізації проектів вартість нової станції, що будується (і, отже, вартість замороженого капіталу) виявляється порівнянною з основним капіталом багатьох енергетичних компаній США.
Тому енергетичні компанії шукають шляхи зниження вартості будівництва нових електрогенеруючих установок, зокрема застосовуючи модульні установки меншої потужності, які можна швидко транспортувати та встановлювати на існуючій станції для задоволення зростаючої потреби. Такі установки можуть бути пущені в експлуатацію у більш стислі терміниі тому окупаються швидше, навіть якщо коефіцієнт окупності капіталовкладень залишається незмінним. Установка нових модулів тільки в тих випадках, коли потрібне збільшення потужності системи, може дати чисту економію до 200 дол. на 1 кВт, незважаючи на те, що при застосуванні малопотужних установок втрачаються вигоди від «ефекту масштабу».
В якості альтернативи будівництву нових електрогенеруючих об'єктів енергетичні компанії також практикували реконструкцію старих електростанцій, що діють, для поліпшення їх робочих характеристик і продовження терміну служби. Ця стратегія, природно, потребує менших капітальних витрат, ніж будівництво нових станцій. Така тенденція виправдовує себе і тому, що електростанції, збудовані близько 30 років тому, ще не застаріли морально. У деяких випадках вони працюють навіть з вищим ккд, оскільки не оснащені скруберами. Старі електростанції набувають все більшої питомої ваги в енергетиці країни. У 1970 р. лише 20 електрогенеруючих об'єктів у США мали вік понад 30 років. До кінця століття 30 років буде середнім віком теплових електростанцій на вугільному паливі.
Енергетичні компанії також шукають шляхів зниження експлуатаційних витрат на станціях. Для запобігання втратам енергії необхідно забезпечити своєчасне попередження про погіршення робочих характеристик найважливіших ділянок об'єкта. Тому безперервне спостереження станом вузлів і систем стає важливою складовою експлуатаційної служби. Такий безперервний контроль природних процесів зносу, корозії та ерозії дозволяє операторам станції вжити своєчасних заходів та попередити аварійний вихід з ладу. енергетичних установок. Значимість таких заходів може бути правильно оцінена, якщо врахувати, наприклад, що вимушений простий станції на вугільному паливі потужністю 1000 МВт може принести енергетичній компанії збитки в 1 млн. дол. на день, головним чином тому, що невироблена енергія має бути компенсована шляхом енергопостачання дорожчих джерел.
Зростання питомих витрат на транспортування та обробку вугілля та на шлаковидалення зробило важливим факторомта якість вугілля (визначається вмістом вологи, сірки та інших мінералів), що визначає робочі характеристики та економіку теплових електростанцій. Хоча низькосортне вугілля може коштувати дешевше від високосортного, його витрати на виробництво тієї ж кількості електричної енергії значно більші. Витрати перевезення більшого обсягу низькосортного вугілля можуть перекрити вигоду, обумовлену його нижчою ціною. Крім того, низькосортне вугілля дає зазвичай більше відходів, ніж високосортне, і, отже, необхідні великі витрати на видалення шлаку. Нарешті, склад низькосортного вугілля схильний до великих коливань, що ускладнює «налаштування» паливної системи станції на роботу з максимально можливим ккд; у цьому випадку система має бути відрегульована так, щоб вона могла працювати на вугіллі найгіршої очікуваної якості.
На діючих електростанціях якість вугілля може бути поліпшена або принаймні стабілізована шляхом видалення перед спалюванням деяких домішок, наприклад мінералів, що містять сірки. У очисних установках подрібнене «брудне» вугілля відокремлюється від домішок багатьма способами, що використовують відмінності у питомій вазі або інших фізичних характеристиках вугілля та домішок.
Незважаючи на зазначені заходи щодо поліпшення робочих характеристик діючих теплових електростанцій на вугільному паливі, у США до кінця століття потрібно буде ввести до ладу додатково 150000 МВт енергетичних потужностей, якщо попит на електроенергію зростатиме з очікуваним темпом 2,3% на рік. Для збереження конкурентоспроможності вугілля на енергетичному ринку, що постійно розширюється, енергетичним компаніям доведеться прийняти на озброєння нові прогресивні способи спалювання вугілля, які є більш ефективними, ніж традиційні, у трьох ключових аспектах: менше забруднення навколишнього середовища, скорочення термінів будівництва електростанцій і поліпшення їх робочих та експлуатаційних характеристик .

СПАЛЮВАННЯ ВУГІЛЛЯ У ПСЕВДОЖИРЕНОМУ ШАРУ зменшує потребу у допоміжних установках з очищення викидів електростанції.
Псевдозріджений шар суміші вугілля і вапняку створюється в топці котла повітряним потоком, в якому тверді частинки перемішуються і знаходяться у зваженому стані, тобто поводяться так само, як у киплячій рідині.
Турбулентне перемішування забезпечує повноту згоряння вугілля; при цьому частинки вапняку реагують з окислами сірки та уловлюють близько 90% цих оксидів. Оскільки нагрівальні груби котла безпосередньо стосуються киплячого шару палива, генерація пари відбувається з більшою ефективністю, ніж у звичайних парових котлах, що працюють на подрібненому куті.
Крім того, температура вугілля, що горить, в киплячому шарі нижче, що запобігає плавленню котельного шлаку і зменшує утворення оксидів азоту.

ГАЗИФІКАЦІЯ ВУГІЛЛЯ може бути здійснена нагріванням суміші вугілля та води в атмосфері кисню. Продуктом процесу є газ, що складається в основному з окису вуглецю та водню. Після того, як газ буде охолоджений, очищений від твердих частинок і звільнений від сірки, його можна використовувати як паливо для газових турбін, а потім для водяної пари для парової турбіни (комбінований цикл).
Станція з комбінованим циклом викидає в атмосферу менше забруднюючих речовин ніж звичайна теплова станція на вугіллі.

В даний час розробляється більше десятка способів спалювання вугілля з підвищеним ккд та меншою шкодою для навколишнього середовища. Найбільш перспективними серед них є спалювання в псевдозрідженому шарі та газифікація вугілля. Спалювання по першому способу проводиться в топці парового котла, яка влаштована так, що подрібнене вугілля в суміші з частинками вапняку підтримується над решіткою топки у зваженому (псевдо-зрідженому) стані потужним висхідним потоком повітря.
Зважені частки поводяться по суті так само, як і в киплячій рідині, тобто знаходяться в турбулентному русі, що забезпечує високу ефективність процесу горіння. Водяні труби такого котла знаходяться в безпосередньому контакті з «киплячим шаром» палива, що впало, в результаті чого велика частка тепла передається теплопровідністю, що значно більш ефективно, ніж радіаційне і конвективне перенесення тепла в звичайному паровому котлі.
Котел з топкою, де вугілля спалюється в псевдозрідженому шарі, має велику площутеплопередаючих поверхонь труб, ніж звичайний котел, що працює на подрібненому в пил вугіллі, що дозволяє знизити температуру в топці і тим самим зменшити утворення оксидів азоту. (Якщо температура у звичайному котлі може бути вище 1650 °С, то в котлі зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вона знаходиться в межах 780-870 °С.) Більш того, вапняк, примішаний до вугілля, пов'язує 90 або більше відсотків сірки, що звільнилася з вугілля при горінні, так як нижча робоча температура сприяє проходженню реакції між сіркою та вапняком з утворенням сульфіту або сульфату кальцію. Таким чином, шкідливі для навколишнього середовища речовини, що утворюються при спалюванні вугілля, нейтралізуються на місці утворення, тобто в топці.
Крім того, котел зі спалюванням у псевдозрідженому шарі за своїм пристроєм та принципом роботи менш чутливий до коливань якості вугілля. У топці звичайного котла, що працює на пилоподібному вугіллі, утворюється величезна кількість розплавленого шлаку, який часто забиває теплопередаючі поверхні і тим самим знижує ккд і надійність котла. У казані зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вугілля згоряє при температурі нижче точки плавлення шлаку і тому проблема засмічення поверхонь нагрівання шлаком навіть не виникає. Такі котли можуть працювати на вугіллі нижчої якості, що в деяких випадках дозволяє суттєво знизити експлуатаційні витрати.
Спосіб спалювання в псевдозрідженому шарі легко реалізується в казанах модульної конструкції з невеликою паропродуктивністю. За деякими оцінками капіталовкладення на теплову електростанцію з компактними котлами, що працюють за принципом псевдозрідженого шару, можуть бути на 10-20% нижче капіталовкладень на теплову станцію традиційного типу такої ж потужності. Економія досягається за рахунок скорочення часу будівництва. Крім того, потужність такої станції можна легко наростити при збільшенні електричного навантаження, що важливо для тих випадків, коли її зростання в майбутньому наперед невідоме. Спрощується і проблема планування, оскільки такі компактні установки можна швидко змонтувати, щойно виникне необхідність збільшення вироблення електроенергії.
Котли зі спалюванням в псевдозрідженому шарі можуть також включатися в схему існуючих електростанцій, коли необхідно швидко збільшити потужність, що генерується. Наприклад, енергетична компанія Northern States Power переробила один із пиловугільних котлів на станції в шт. Міннесота в котел із псевдозрідженим шаром. Переробка здійснювалася з метою збільшення потужності електростанції на 40%, зниження вимог до якості палива (котел може працювати навіть на місцевих відходах), ретельнішого очищення викидів та подовження терміну служби станції до 40 років.
За минулі 15 років масштаби застосування технології, що використовується на теплових електростанціях, оснащених виключно котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі, розширилися від дрібних експериментальних та напівпромислових установок до великих «демонстраційних» станцій. Така станція із загальною потужністю 160 МВт будується спільно компаніями Tennessee Valley Authority, Duke Power та Commonwealth of Kentucky; Компанія Colorado-Ute Electric Association, Inc. пустила в експлуатацію електрогенеруючу установку потужністю 110 МВт з котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі. У разі успіху цих двох проектів, а також проекту компанії Northern States Power, спільного підприємства приватного сектора із загальним капіталом близько 400 млн. дол., економічний ризик, пов'язаний із застосуванням котлів зі спалюванням у псевдозрідженому шарі в енергетичній промисловості, буде значно зменшений.
Іншим способом, який, щоправда, вже існував у простішому вигляді ще в середині XIX ст., є газифікація кам'яного вугілля з отриманням газу, що «чисто горить». Такий газ придатний для освітлення та опалення і широко використовувався в США до Другої світової війни, доки не був витіснений природним газом.
Спочатку газифікація вугілля привернула увагу енергетичних компаній, які сподівалися за допомогою цього способу отримати паливо, що згоряє без відходів, і за рахунок цього позбутися скруберного очищення. Тепер стало очевидно, що газифікація вугілля має важливішу перевагу: гарячі продукти згоряння генераторного газу можна безпосередньо використовувати для приводу газових турбін. У свою чергу, відпрацьоване тепло продуктів згоряння після газової турбіни може бути утилізовано з метою отримання пари для приводу парової турбіни. Таке спільне використання газових та парових турбін, зване комбінованим циклом, є нині одним із найефективніших способів виробництва електричної енергії.
Газ, отриманий газифікацією кам'яного вугілля та звільнений від сірки та твердих частинок, є чудовим паливом для газових турбін і, як і природний газ, згоряє майже без відходів. Високий ККД комбінованого циклу компенсує неминучі втрати, пов'язані з перетворенням вугілля на газ. Більше того, станція з комбінованим циклом споживає значно менше води, тому що дві третини потужності розвиває газова турбіна, яка не потребує води на відміну від парової турбіни.
Життєздатність електричних станцій з комбінованим циклом, що працюють на принципі газифікації вугілля, була доведена досвідом експлуатації станції Cool Water фірми Southern California Edison. Ця станція потужністю близько 100 МВт була введена в експлуатацію у травні 1984 р. Вона може працювати на різних сортах вугілля. Викиди станції по чистоті не відрізняються від викидів сусідньої станції, що працює на природному газі. Вміст оксидів сірки у газах, що йдуть підтримується на рівні значно нижче встановленої норми за допомогою допоміжної системи уловлювання сірки, яка видаляє майже всю сірку, що міститься у вихідному паливі, і виробляє чисту сірку, що використовується в промислових цілях. Утворення оксидів азоту запобігається додаванню до газу води перед спалюванням, що знижує температуру горіння газу. Більш того, залишок в газогенераторі залишок вугілля, що згорів, піддається переплавці і перетворюється в інертний склоподібний матеріал, який після охолодження відповідає вимогам, що пред'являються в штаті Каліфорнія до твердих відходів.
Крім більш високого ккд та меншого забруднення навколишнього середовища станції з комбінованим циклом мають ще одну перевагу: вони можуть споруджуватися в декілька черг, тому встановлена потужність нарощується блоками. Така гнучкість будівництва зменшує ризик надмірних чи, навпаки, недостатніх капіталовкладень, пов'язані з невизначеністю зростання попиту електроенергію. Наприклад, перша черга встановленої потужності може працювати на газових турбінах, а як паливо використовувати не вугілля, а нафту або природний газ, якщо поточні ціни на ці продукти низькі. Потім, у міру зростання попиту на електроенергію, додатково вводяться до ладу котел-утилізатор і парова турбіна, що збільшить не тільки потужність, а й ккд станції. Згодом, коли попит на електроенергію знову збільшиться, на станції можна буде збудувати установку для газифікації вугілля.
Роль теплових електростанцій на вугільному паливі є ключовою темою, коли мова йдепро збереження природних ресурсів, захист навколишнього середовища та шляхи розвитку економіки. Ці аспекти цієї проблеми не обов'язково є конфліктуючими. Досвід застосування нових технологічних процесів спалювання вугілля показує, що вони можуть успішно та одночасно вирішувати проблеми та охорони навколишнього середовища, та зниження вартості електроенергії. Цей принцип було враховано у спільній американо-канадській доповіді про кислотні дощі, опублікованій минулого року. Керуючись пропозиціями, що містяться в доповіді, конгрес США в даний час розглядає можливість заснування генеральної національної ініціативи з демонстрації та застосування «чистих» процесів спалювання вугілля. Ця ініціатива, яка об'єднає приватний капітал з федеральними капіталовкладеннями, націлена на широке промислове застосування у 90-ті роки нових процесів спалювання вугілля, включаючи котли зі спалюванням палива у киплячому шарі та газогенератори. Однак навіть за широкому застосуваннінових процесів спалювання вугілля в найближчому майбутньому зростаючий попит на електроенергію не зможе бути задоволений без цілого комплексу узгоджених заходів щодо консервації електроенергії, регулювання її споживання та підвищення продуктивності існуючих теплових електростанцій, що працюють на традиційних принципах. Постійно стоять на порядку денному економічні та екологічні проблеми, ймовірно, призведуть до появи абсолютно нових технологічних розробок, які принципово відрізняються від тих, що були тут описані. У перспективі теплові електростанції на вугільному паливі можуть перетворитися на комплексні підприємства з переробки природних ресурсів. Такі підприємства перероблятимуть місцеві види палива та інші природні ресурсита виробляти електроенергію, тепло та різні продукти з урахуванням потреб місцевої економіки. Крім котлів зі спалюванням у киплячому шарі та установок для газифікації вугілля такі підприємства будуть оснащені електронними системамитехнічної діагностики та автоматизованими системами управління та, крім того, корисно використовувати більшість побічних продуктів спалювання вугілля.
Таким чином, можливості покращення економічних та екологічних факторів виробництва електроенергії на базі кам'яного вугілля дуже широкі. Своєчасне використання цих можливостей залежить, однак, від того, чи зможе уряд проводити збалансовану політику щодо виробництва енергії та захисту навколишнього середовища, яка б створила необхідні стимули для електроенергетичної промисловості. Необхідно вжити заходів до того, щоб нові процеси спалювання вугілля розвивалися та впроваджувалися раціонально, при співпраці з енергетичними компаніями, а не так, як це було з впровадженням скруберного газоочищення. Все це можна забезпечити, якщо звести до мінімуму витрати та ризик шляхом добре продуманого проектування, випробування та вдосконалення невеликих досвідчених експериментальних установок з подальшим широким промисловим впровадженням систем, що розробляються.

Теплові електростанції виробляють нашій країні близько 80% електроенергії. Ці станції працюють на кам'яному вугіллі, торфі, сланцях, природному газі. Розглянемо, наприклад, принцип роботи теплової електростанції на кам'яному куті. Кам'яне вугілля привозиться до станції по залізниці, розвантажується та складується.

Відомо, що великі шматки вугілля горять погано та повільно

Істотно покращити процес горіння можна, спалюючи вугільний пил. Тому привезене вугілля спочатку подрібнюють, а потім у кульових млинах важкі сталеві кулі перетворюють шматочки вугілля на дрібний пил. Потоком гарячого повітря цей пил вдується в топку парового котла через спеціальні пальники. Згоряючи на льоту, пил перетворюється на яскравий смолоскип полум'я з температурою горіння до 1500 градусів. Полум'я нагріває воду у тонких трубках, якими зсередини покриті бічні стінки котельної топки. Розпечені топкові гази прямують димарем, зустрічаючи на своєму шляху кип'ятільні трубки.

У них нагріта полум'ям вода перетворюється на пару

Далі гази потрапляють в економайзер - пристрій для поповнення запасів води в казані і підігрівають у ньому воду. Потім гази потрапляють у підігрівач повітря, в якому нагрівається повітря, що надходить разом із вугільним пилом у пальники котлів.

Вугілля чудово горить, якщо в топці гарна тяга. Сильну потяг дає висока труба. Однак для потужних казанів труби виявляється недостатньо - доводиться додатково встановлювати потужні димососи. Димові гази несуть у собі багато золи. Тому їх очищають у золоуловлювачах, а золу відвозять у золовідвали.

Складність наведеного процесу спалювання вугілля повністю виправдовується високим к.п.д. такої теплової електростанції – до 90% тепла, укладеного у вугіллі, перетворюється на електричну енергію.

Отже, паливо згоріло, передавши свою енергію воді. Вода в казані перетворилася на пару. Але цю пару ще не можна пускати в турбіну - вона недостатньо гаряча і, остигаючи, швидко перетворитися на краплі води. Тому пара потрапляє в змійовики пароперегрівача, розташованого в димарі між кип'ятильними трубами та економайзером. Там пара додатково нагрівається до дуже високої температури 500-600 градусів при тиску 150-250 атмосфер. Така стиснена і перегріта пара паропроводами прямує в парові турбіни.

Турбіни на теплових електростанціях бувають не лише різної потужності, а й різної конструкції. Існують малі одноступінчасті турбіни потужністю в десятки кіловат. А є і багатоступінчасті турбіни - гіганти потужністю від 500 до 1500 кіловат.

Чим вище температура і тиск пари на вході в турбіну і що нижчі вони на виході, тим більше енергії пари використовує турбіна.

Щоб знизити температуру та тиск пари на виході з турбіни, його не випускають у повітря, а направляють у конденсатор. Всередині конденсатора тонкими латунними трубками циркулює холодна вода. Вона охолоджує пару, перетворюючи її на воду, яку називають конденсатом. Від цього тиск у конденсаторі стає в 10-15 разів нижчим за атмосферний.

Отже, пара, що віддала практично всю свою енергію, перетворюється на конденсат – дуже чисту воду, що не містить хімічних або механічних домішок. Ця очищена вода потрібна у котлах, тому конденсат знову закачують у котел, замикаючи цикл руху води на тепловій станції.

Зазвичай потужна парова турбіна має швидкість 3000 оборотів за хвилину і її вал безпосередньо з'єднаний з валом електричного генератора, що виробляє трифазний змінний струм частотою 50 періодів за секунду і напругою 10-15 тисяч вольт. Електроенергія – основний та найголовніший продукт теплової електростанції.

На більшості станцій вироблена електроенергія поділяється на три потоки

Частина її прямує кабелем споживачам, розташованим неподалік. Інша невелика частина – до 8% – йде на задоволення власних технологічних потреб станції. Більша частина виробленої електроенергії призначається для міст і промислових підприємств, що знаходяться на великому віддаленні – в десятках і сотнях кілометрів від станції. На великі відстані електроенергію передають високовольтними лініями при напрузі 110, 220, 400, 500 і 800 тисяч вольт. Для створення такої високої напруги на станції є трансформаторна підстанція, що підвищує, і розподільний пристрій високої напруги. Від нього до міст та підприємств розходяться високовольтні лінії електропередач.

Описана електростанція має замкнутий водяний цикл, виробляє лише електричний струм і називається «конденсаційною» (оскільки вся пара потрапляє в конденсатор).

Однак крім електроенергії потрібна ще й пара та гаряча вода. Для отримання на електростанціях встановлюють спеціальні теплофікаційні турбіни. Вони складаються з двох частин – циліндрів високого та низького тиску. Відпрацьовує пару в циліндрі високого тиску, а циліндр низького тиску надходить вже тільки частина пари. Іншу частину з турбіни відбирають та направляють у теплообмінник. Там дуже гаряча турбінна пара нагріває воду, перетворюючи її на вторинну пару. Потім турбінна пара йде далі своєю дорогою в конденсатор, а вторинна пара прямує споживачеві.

У місті частина вторинної пари потрапляє у теплообмінники – бойлери, в яких нагріває воду для опалення приміщень та побутових потреб у житлових будинках.

Теплові електростанції, які одночасно дають електричну енергію та тепло, називаються теплоелектроцентралями (ТЕЦ). Конденсаційні електростанції вигідно будувати поблизу багатих вугільних родовищ, торф'яних боліт, якщо поряд є підходящі водоймища.

Незважаючи на віддаленість такої станції від міста, передавати проводами електричний струм виявляється значно простіше і вигідніше, ніж возити паливо (торф, вугілля тощо).

А біля міст та великих заводів вигідно будувати ТЕЦ. Ці станції забезпечать місто і теплом та електрикою. Сучасні ТЕЦ, що працюють на природному газі, практично не забруднюють повітря та є незамінними супутниками будь-якого міста, або великого промислового підприємства. Крім того, будівництво теплової електростанції обходиться значно дешевше і займає менше часу, ніж, наприклад, будівництво ГЕС. Газові ТЕЦ можуть бути швидко побудовані в будь-якому районі, будучи найбільш безпечним джереломенергії.

Просто про складне - Теплова електростанція для виробництва електроенергії

Галерея зображень, картинки, фотографії.
Теплова електростанція - основи, можливості, перспективи, розвиток.
Цікаві факти, корисна інформація.
Зелені новини – Теплова електростанція.
Посилання на матеріали та джерела – Теплова електростанція для виробництва електроенергії.

Схожі записи

Контейнерні електростанції на твердому паливі: деревні відходи, тріска, тирса, торф, вугілля, с/г відходи, відходи птахівництва та ін. електричною та тепловою потужністю від 50кВт до 1МВт.

Докладніше про нашу дилерську політику та про те, як представляти продукцію заводу з виробництва контейнерних електростанцій серії «Нейтрон-ЕС» в регіонах Ви можете дізнатися, надіславши запит на пошту: KA@сайт

Працюєте у промисловості чи комунальному господарстві? Бажаєте отримувати на підприємстві електроенергію собівартістю 1,5-2 руб. за кВт/годину? Контейнерні електростанції серії «Нейтрон-ЕС» РІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ!!!

Установка контейнерних електростанцій серії «Нейтрон-ЕС» дозволяє знизити витрати виробництва та забезпечує незалежність підприємства у роботі.

Завод контейнерних електростанцій «Нейтрон» (що входить до групи ТОВ «УГК-Енергетика») виробляє контейнерні електростанції для електричної та теплової енергії при спалюванні твердого палива, а також різних видів відходів (біопаливо).

Використовуючи наше обладнання Ви вирішуєте також екологічні проблеми, у тому числі звільняєтеся від плати за розміщення відходів на полігонах.

Контейнерні електростанції серії «Нейтрон-ЕС» споживають будь-яке тверде паливо, фракції 80х80:

Дерев'яні відходи;
Тріска, дрова, стружка, пелети;
Сільськогосподарські відходи, торф;
Кам'яне та буре вугілля;
Відходи птахівництва (куряний послід).

Склад основного обладнання контейнерної електростанції серії "Нейтрон-ЕС":

Паровий котел (парогенератор) серії "Нейтрон-ПГ";
Псевдо-кипляча топка КСОМОД;
Вентилятор піддуву - Сприяє покращенню роботи парового котла (парогенератора) (забезпечує рівномірний та ефективний процес спалювання твердого палива);
Бункер палива - призначений для створення запасу палива (від 4-х годин безперервної роботи);
Обладнання системи паливоподачі;
Парова машина PARSONS;
Циклон – забезпечує первинне очищення газу (забирає 80% сажі).
Вилучення золи з топки парового котла (парогенератора);
Диспетчеризація, АСУ ТП (КІП та Автоматика) – стежить за режимами роботи електростанції на твердому паливі та рівнем палива в бункері. Подає сигнал під час досягнення палива критичного рівня. Забезпечує автоматичне подання палива з бункера палива в топку парового котла (парогенератора).
Система очищення води;
Теплообмінник;
Насосні групи;

Переваги контейнерних електростанцій на твердому паливі від заводу «Нейтрон»:

Електростанції прості в експлуатації. Вони можуть бути змонтовані як віддалені від джерела сировини, так і в безпосередній близькості від нього;
Процес спалювання палива абсолютно екологічний та безпечний;
Дешева електрична та теплова енергія;
Швидкоокупні, т.к. за їх допомоги з твердого палива та різних відходів за мінімальних витрат виробляється високоліквідна продукція – електрична та теплова енергія;
Продуктивність електростанцій варіюється, виходячи з обсягів палива, наявних для переробки;
Безпека експлуатації електростанції;
Висока економічність роботи електростанції;
Висока надійність електростанції;
Наявність можливості виконання контейнерної електростанції у різних колірних варіантах;
Ви заощаджуєте час на монтаж та пуско-налагодження;
Ви отримуєте гарантію та сервісне обслуговування від одного виробника.

До вчорашнього дня в моїй виставі всі вугільні електростанції були приблизно однаковими і являли собою ідеальні знімальні майданчики фільмів жахів. З почорнілими від часу конструкціями, котлоагрегатами, турбінами, мільйонами різних труб та їх хитрих сплетень із щедрим шаром чорного вугільного пилу. Рідкісні робітники, більше схожі на шахтарів, у мізерному освітленні зелених газових ламп ремонтують якісь складні агрегати, тут і там, шиплячи, вириваються клуби пари та диму, на підлозі розлилися густі калюжі з жиж темного кольору, скрізь щось капає. Ось приблизно такими я бачив вугільні станції і вважав, що вік їх уже минає. Майбутнє за газом – думав я.

Виявляється, зовсім ні.

Вчора я відвідав найновіший вугільний енергоблок Черепетської ДРЕС у Тульській області. Виявляється, що сучасні вугільні станції зовсім не замурзані, і дим із їхніх труб йде не густий і не чорний.

1. Декілька слів про принцип роботи ДРЕС. У котел за допомогою насосів подається під великим тиском вода, паливо та атмосферне повітря. У топці котла відбувається процес горіння – хімічна енергія палива перетворюється на теплову. Вода протікає трубною системою, розташованої всередині котла.

2. Паливо, що згоряє, є потужним джерелом теплоти, що передається воді, яка нагрівається до температури кипіння і випаровується. Отримана пара в цьому ж котлі перегрівається понад температуру кипіння, приблизно до 540 ° C і під високим тиском 13-24 МПа по одному або декільком трубопроводам подається в парову турбіну.

3. Парова турбіна, електрогенератор і збудник становлять загалом турбоагрегат. У паровій турбіні пара розширюється до дуже низького тиску (приблизно в 20 разів менше атмосферного), і потенційна енергія стиснутої та нагрітої до високої температури пари перетворюється на кінетичну енергію обертання ротора турбіни. Турбіна надає руху електрогенератор, що перетворює кінетичну енергію обертання ротора генератора в електричний струм.

4. Забір води здійснюється безпосередньо з Черепетського водосховища.

5. Вода проходить хімічне очищення та глибоке знесолення, щоб у парових котлах та турбінах не з'являлися відкладення на внутрішніх поверхнях обладнання.

6. Залізничним транспортом на станцію доставляються вугілля та мазут.

7. На відкритому складі вугілля крани-перевантажувачі розвантажують вагони. Далі у справу вступає великий, який подає на конвеєр.

8. Так вугілля потрапляє на ділянки дробильної установки для попереднього подрібнення вугілля та подальшого пилоприготування. У сам котел вугілля подається у вигляді суміші вугільного пилу та повітря.

10. Котельна установка розташована у котельному відділенні головного корпусу. Сам котел – це щось геніальне. Величезний складний механізм висотою із 10-поверховий будинок.

14. Гуляти лабіринтами котельної установки можна вічно. Час, відведений на зйомку, двічі встиг закінчитися, але відірватися від цієї промислової краси було неможливо!

16. Галереї, ліфтові шахти, переходи, сходи та мости. Одним словом – космос)

17. Промені сонця висвітлили крихітну на тлі всієї людини, і я мимоволі задумався, що всі ці складні гігантські конструкції придумав і побудував людина. Ось такий маленька людинапридумав десятиповерхові печі, щоб у промислових масштабах виробляти електроенергію з корисних копалин.

18. Краса!

19. За стіною від котельної установки розташовується машинний зал із турбогенераторами. Ще одне гігантське приміщення, більш просторе.

20. Учора було урочисто введено в експлуатацію енергоблок №9, що стало завершальним етапом проекту розширення Черепетської ДРЕС. Проект включав будівництво двох сучасних пилокутних енергоблоків потужністю 225 МВт кожен.

21. Гарантована електрична потужність нового енергоблока – 225 МВт;
Електричний ККД – 37.2 %;
Питома витрата умовного палива вироблення електроенергії - 330 гут/кВт*ч.

23. До складу основного обладнання входять дві парові конденсаційні турбіни виробництва ВАТ « Силові машини» та два котлоагрегати, виробника ВАТ «ЕМАльянс». Основне паливо нового енергоблоку – Кузнецьке кам'яне вугілля марки ДГ.

24. Пультова.

25. Енергоблоки оснащені першою на російському ринку інтегрованою системою сухого пилу-сіроочищення димових газів з електростатичними фільтрами.

26. Трансформатори ОРУ.

28. Введення нового енергоблоку дозволить вивести з експлуатації застаріле вугільне обладнання першої черги без зниження обсягу виробітку електроенергії та сумарної встановленої потужності станції.

29. Разом з новим енергоблоком було збудовано дві 87-метрові градирні – частину системи технічного водопостачання, яка забезпечує подачу. великої кількостіхолодної води для охолодження турбін конденсаторів.

30. Сім прольотів по 12 метрів. Знизу така висота здається не такою серйозною.

31. На верхньому майданчику труби було водночас і жарко і прохолодно. Фотоапарат постійно запотів.

32. Вид на енергоблок із градирні. Нові енергопотужності станції спроектовані таким чином, щоб значно знизити викиди забруднюючих речовин, скоротити пиловиділення при роботі на складі вугілля, зменшити кількість води, що споживається, а також виключити можливість забруднення навколишнього середовища стічними водами.

34. Усередині градирні все виявилося досить просто і нудно)

36. На фотографії добре видно новий енергоблок та два старі. Як коптить труба старого енергоблоку та нового. Поступово старі енергоблоки виведуть із експлуатації та розберуть. Такі справи.

У міру того, як у країні будувалося все більше і більше станцій, залежність від вугілля зростала. Починаючи з першої світової війни, приблизно половина щорічного виробництва електроенергії в США припадала на теплові електростанції, що працюють на кам'яному вугіллі. У 1986 р. загальна встановлена потужність таких електростанцій становила 289000 МВт, і вони споживали 75% усієї кількості (900 млн. т) вугілля, що видобувається в країні. Враховуючи існуючі невизначеності щодо перспектив розвитку ядерної енергетики та зростання видобутку нафти і природного газу, можна припустити, що до кінця століття теплові станції на вугільному паливі будуть виробляти до 70% всієї електроенергії, що виробляється в країні.

Однак, незважаючи на те, що вугілля довгий час було і ще багато років буде основним джерелом отримання електроенергії (у США на його частку припадає близько 80% запасів усіх видів природних палив), він ніколи не був оптимальним паливом для електростанцій. Питома вміст енергії на одиницю ваги (тобто теплотворна здатність) біля вугілля нижче, ніж у нафти чи газу. Його важче транспортувати, і, крім того, спалювання вугілля викликає низку небажаних екологічних наслідків, зокрема випадання кислотних дощів. З кінця 60-х років привабливість теплових станцій на вугіллі різко пішла на спад у зв'язку з посиленням вимог до забруднення середовища газоподібними та твердими викидами у вигляді золи та шлаків. Витрати на вирішення цих екологічних проблем поряд із зростанням вартості будівництва таких складних об'єктів, якими є теплові електростанції, зробили менш сприятливими перспективи їх розвитку з суто економічної точки зору.

Однак, якщо змінити технологічну базу теплових станцій на вугільному паливі, їхня привабливість може відродитися. Деякі з цих змін мають еволюційний характері і націлені головним чином збільшення потужності існуючих установок. Разом про те розробляються абсолютно нові процеси безвідходного спалювання вугілля, т. е. з мінімальним збитком навколишнього середовища. Впровадження нових технологічних процесів спрямоване на те, щоб майбутні теплові електростанції на вугільному паливі піддавалися ефективному контролю на ступінь забруднення ними навколишнього середовища, мали гнучкість з точки зору можливості використання різних видів вугілля і не вимагали більших термінів будівництва.

Обладнання теплової електростанції включає механізми паливоподачі, котли, турбіни, генератори, а також складні системи охолодження, очищення димових газів та видалення золи. Всі ці основні та допоміжні системи розраховуються так, щоб працювати з високою надійністю протягом 40 або більше років при навантаженнях, які можуть змінюватись від 20% встановленої потужності станції до максимальної. Капітальні витрати на обладнання типової теплової електростанції потужністю 1000 МВт зазвичай перевищують 1 млрд. дол.

Проте, починаючи з 60-х років темпи прогресу стали падати. Ця тенденція, мабуть, пояснюється тим, що традиційні теплові електростанції досягли межі своєї досконалості, що визначається законами термодинаміки та властивостями матеріалів, з яких виготовляються котли та турбіни. З початку 70-х років ці технічні чинники посилилися новими економічними та організаційними причинами. Зокрема, різко зросли капітальні витрати, темпи зростання попиту на електроенергію сповільнилися, посилилися вимоги щодо захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів та подовжилися терміни реалізації проектів будівництва електростанцій. Через війну вартість виробництва електроенергії з вугілля, мала багаторічну тенденцію до зниження, різко зросла. Справді, 1 кВт електроенергії, виробленої новими тепловими електростанціями, коштує тепер більше, ніж у 1920 р. (у порівнянних цінах).

Ідея мокрого пиловловлення проста, але на практиці виявляється важко здійсненною і дорогою. Лужна речовина, зазвичай вапно або вапняк, змішується з водою, розчин розпорошується в потоці димових газів. Окисли сірки, що містяться в димових газах, абсорбуються частинками лугу і випадають з розчину у вигляді інертного сульфіту або сульфату кальцію (гіпсу). Гіпс можна легко видалити або, якщо він досить чистий, може знайти збут як будівельний матеріал. У складніших і дорогих скруберних системах гіпсовий осад може перетворюватися на сірчану кислоту чи елементарну сірку - цінніші хімічні продукти. З 1978 р. установка скруберів є обов'язковою на всіх теплових електростанціях, що будуються, на пилокутному паливі. Внаслідок цього в енергетичній промисловості США зараз більше скруберних установок, ніж у всьому світі.
Вартість скруберної системи на нових станціях зазвичай складає 150-200 дол. на 1 кВт встановленої потужності. Установка скруберів на станціях, що діють, спочатку спроектованих без мокрого газоочищення, обходиться на 10-40% дорожче, ніж на нових станціях. Експлуатаційні витрати на скрубери досить високі незалежно від того, встановлені вони на старих чи нових станціях. У скруберах утворюється величезна кількість гіпсового шламу, який необхідно витримувати у відстійних ставках або видаляти у відвали, що створює нову екологічну проблему. Наприклад, теплова електростанція потужністю 1000 МВт, що працює на кам'яному куті, що містить 3% сірки, виробляє на рік стільки шламу, що їм можна покрити площу в 1 км2 шаром завтовшки близько 1 м.
Крім того, системи мокрого газоочищення споживають багато води (на станції потужністю 1000 МВт витрата води становить близько 3800 л/хв), а їх обладнання та трубопроводи часто схильні до засмічення та корозії. Ці фактори збільшують експлуатаційні витрати та знижують загальну надійність систем. Нарешті, у скруберних системах витрачається від 3 до 8% вироблюваної станцією енергії на привід насосів і димососів та на підігрів димових газів після газоочищення, що необхідно для запобігання конденсації та корозії в димових трубах.
Широке поширення скруберів в американській енергетиці був ні простим, ні дешевим. Перші скруберні установки були значно менш надійними, ніж решта обладнання станцій, тому компоненти скруберних систем проектувалися з великим запасом міцності та надійності. Деякі з труднощів, пов'язані з установкою та експлуатацією скруберів, можуть бути пояснені тим фактом, що промислове застосування технології скруберного очищення було розпочато передчасно. Тільки тепер, після 25-річного досвіду, надійність скруберних систем досягла прийнятного рівня.
Вартість теплових станцій на вугільному паливі зросла не тільки через обов'язкову наявність систем контролю викидів, а й тому, що вартість будівництва сама по собі різко підскочила вгору. Навіть з урахуванням інфляції питома вартість встановленої потужності теплових станцій на вугільному паливі зараз утричі вища, ніж у 1970 р. За минулі 15 років «ефект масштабу», тобто вигода від будівництва великих електростанцій, був зведений нанівець значним подорожчанням будівництва . Частково це подорожчання відбиває високу вартість фінансування довгострокових об'єктів капітального будівництва.

Який вплив має затримка реалізації проекту, можна побачити з прикладу японських енергетичних компаній. Японські фірми зазвичай більш спритні, ніж їхні американські колеги, у вирішенні організаційно-технічних та фінансових проблем, які часто затримують введення в експлуатацію великих будівельних об'єктів. У Японії електростанція може бути побудована та пущена в дію за 30-40 місяців, тоді як у США для станції такої ж потужності зазвичай потрібно 50-60 місяців. При таких великих термінах реалізації проектів вартість нової станції, що будується (і, отже, вартість замороженого капіталу) виявляється порівнянною з основним капіталом багатьох енергетичних компаній США.

Тому енергетичні компанії шукають шляхи зниження вартості будівництва нових електрогенеруючих установок, зокрема застосовуючи модульні установки меншої потужності, які можна швидко транспортувати та встановлювати на існуючій станції для задоволення зростаючої потреби. Такі установки можуть бути пущені в експлуатацію в більш короткі терміни і тому окупаються швидше, навіть якщо коефіцієнт окупності капіталовкладень залишається незмінним. Установка нових модулів тільки в тих випадках, коли потрібне збільшення потужності системи, може дати чисту економію до 200 дол. на 1 кВт, незважаючи на те, що при застосуванні малопотужних установок втрачаються вигоди від «ефекту масштабу».
В якості альтернативи будівництву нових електрогенеруючих об'єктів енергетичні компанії також практикували реконструкцію старих електростанцій, що діють, для поліпшення їх робочих характеристик і продовження терміну служби. Ця стратегія, природно, потребує менших капітальних витрат, ніж будівництво нових станцій. Така тенденція виправдовує себе і тому, що електростанції, збудовані близько 30 років тому, ще не застаріли морально. У деяких випадках вони працюють навіть з вищим ккд, оскільки не оснащені скруберами. Старі електростанції набувають все більшої питомої ваги в енергетиці країни. У 1970 р. лише 20 електрогенеруючих об'єктів у США мали вік понад 30 років. До кінця століття 30 років буде середнім віком теплових електростанцій на вугільному паливі.

Енергетичні компанії також шукають шляхів зниження експлуатаційних витрат на станціях. Для запобігання втратам енергії необхідно забезпечити своєчасне попередження про погіршення робочих характеристик найважливіших ділянок об'єкта. Тому безперервне спостереження станом вузлів і систем стає важливою складовою експлуатаційної служби. Такий безперервний контроль природних процесів зносу, корозії та ерозії дозволяє операторам станції вжити своєчасних заходів та попередити аварійний вихід із ладу енергетичних установок. Значимість таких заходів може бути правильно оцінена, якщо врахувати, наприклад, що вимушений простий станції на вугільному паливі потужністю 1000 МВт може принести енергетичній компанії збитки в 1 млн. дол. на день, головним чином тому, що невироблена енергія має бути компенсована шляхом енергопостачання дорожчих джерел.

Зростання питомих витрат на транспортування та обробку вугілля та на шлаковидалення зробило важливим фактором і якість вугілля (визначається вмістом вологи, сірки та інших мінералів), що визначає робочі характеристики та економіку теплових електростанцій. Хоча низькосортне вугілля може коштувати дешевше від високосортного, його витрати на виробництво тієї ж кількості електричної енергії значно більші. Витрати перевезення більшого обсягу низькосортного вугілля можуть перекрити вигоду, обумовлену його нижчою ціною. Крім того, низькосортне вугілля дає зазвичай більше відходів, ніж високосортне, і, отже, необхідні великі витрати на видалення шлаку. Нарешті, склад низькосортного вугілля схильний до великих коливань, що ускладнює «налаштування» паливної системи станції на роботу з максимально можливим ккд; у цьому випадку система має бути відрегульована так, щоб вона могла працювати на вугіллі найгіршої очікуваної якості.
На діючих електростанціях якість вугілля може бути поліпшена або принаймні стабілізована шляхом видалення перед спалюванням деяких домішок, наприклад мінералів, що містять сірки. У очисних установках подрібнене «брудне» вугілля відокремлюється від домішок багатьма способами, що використовують відмінності у питомій вазі або інших фізичних характеристиках вугілля та домішок.

Незважаючи на зазначені заходи щодо поліпшення робочих характеристик діючих теплових електростанцій на вугільному паливі, у США до кінця століття потрібно буде ввести до ладу додатково 150000 МВт енергетичних потужностей, якщо попит на електроенергію зростатиме з очікуваним темпом 2,3% на рік. Для збереження конкурентоспроможності вугілля на енергетичному ринку, що постійно розширюється, енергетичним компаніям доведеться прийняти на озброєння нові прогресивні способи спалювання вугілля, які є більш ефективними, ніж традиційні, у трьох ключових аспектах: менше забруднення навколишнього середовища, скорочення термінів будівництва електростанцій і поліпшення їх робочих та експлуатаційних характеристик .

Котел з топкою, де вугілля спалюється в псевдозрідженому шарі, має більшу площу теплопередаючих поверхонь труб, ніж звичайний котел, що працює на подрібненому в пил вугіллі, що дозволяє знизити температуру в топці і тим самим зменшити утворення оксидів азоту. (Якщо температура у звичайному котлі може бути вище 1650 °С, то в котлі зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вона знаходиться в межах 780-870 °С.) Більш того, вапняк, примішаний до вугілля, пов'язує 90 або більше відсотків сірки, що звільнилася з вугілля при горінні, оскільки нижча робоча температура сприяє проходженню реакції між сіркою та вапняком з утворенням сульфіту або сульфату кальцію. Таким чином, шкідливі для навколишнього середовища речовини, що утворюються при спалюванні вугілля, нейтралізуються на місці утворення, тобто в топці.
Крім того, котел зі спалюванням у псевдозрідженому шарі за своїм пристроєм та принципом роботи менш чутливий до коливань якості вугілля. У топці звичайного котла, що працює на пилоподібному вугіллі, утворюється величезна кількість розплавленого шлаку, який часто забиває теплопередаючі поверхні і тим самим знижує ккд і надійність котла. У казані зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вугілля згоряє при температурі нижче точки плавлення шлаку і тому проблема засмічення поверхонь нагрівання шлаком навіть не виникає. Такі котли можуть працювати на вугіллі нижчої якості, що в деяких випадках дозволяє суттєво знизити експлуатаційні витрати.
Спосіб спалювання в псевдозрідженому шарі легко реалізується в казанах модульної конструкції з невеликою паропродуктивністю. За деякими оцінками капіталовкладення на теплову електростанцію з компактними котлами, що працюють за принципом псевдозрідженого шару, можуть бути на 10-20% нижче капіталовкладень на теплову станцію традиційного типу такої ж потужності. Економія досягається за рахунок скорочення часу будівництва. Крім того, потужність такої станції можна легко наростити при збільшенні електричного навантаження, що важливо для тих випадків, коли її зростання в майбутньому наперед невідоме. Спрощується і проблема планування, оскільки такі компактні установки можна швидко змонтувати, щойно виникне необхідність збільшення вироблення електроенергії.
Котли зі спалюванням в псевдозрідженому шарі можуть також включатися в схему існуючих електростанцій, коли необхідно швидко збільшити потужність, що генерується. Наприклад, енергетична компанія Northern States Power переробила один із пиловугільних котлів на станції в шт. Міннесота в котел із псевдозрідженим шаром. Переробка здійснювалася з метою збільшення потужності електростанції на 40%, зниження вимог до якості палива (котел може працювати навіть на місцевих відходах), ретельнішого очищення викидів та подовження терміну служби станції до 40 років.
За минулі 15 років масштаби застосування технології, що використовується на теплових електростанціях, оснащених виключно котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі, розширилися від дрібних експериментальних та напівпромислових установок до великих «демонстраційних» станцій. Така станція із загальною потужністю 160 МВт будується спільно компаніями Tennessee Valley Authority, Duke Power та Commonwealth of Kentucky; Компанія Colorado-Ute Electric Association, Inc. пустила в експлуатацію електрогенеруючу установку потужністю 110 МВт з котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі. У разі успіху цих двох проектів, а також проекту компанії Northern States Power, спільного підприємства приватного сектора із загальним капіталом близько 400 млн. дол., економічний ризик, пов'язаний із застосуванням котлів зі спалюванням у псевдозрідженому шарі в енергетичній промисловості, буде значно зменшений.
Іншим способом, який, щоправда, вже існував у простішому вигляді ще в середині XIX ст., є газифікація кам'яного вугілля з отриманням газу, що «чисто горить». Такий газ придатний для освітлення та опалення і широко використовувався в США до Другої світової війни, доки не був витіснений природним газом.
Спочатку газифікація вугілля привернула увагу енергетичних компаній, які сподівалися за допомогою цього способу отримати паливо, що згоряє без відходів, і за рахунок цього позбутися скруберного очищення. Тепер стало очевидно, що газифікація вугілля має важливішу перевагу: гарячі продукти згоряння генераторного газу можна безпосередньо використовувати для приводу газових турбін. У свою чергу, відпрацьоване тепло продуктів згоряння після газової турбіни може бути утилізовано з метою отримання пари для приводу парової турбіни. Таке спільне використання газових та парових турбін, зване комбінованим циклом, є нині одним із найефективніших способів виробництва електричної енергії.
Газ, отриманий газифікацією кам'яного вугілля та звільнений від сірки та твердих частинок, є чудовим паливом для газових турбін і, як і природний газ, згоряє майже без відходів. Високий ККД комбінованого циклу компенсує неминучі втрати, пов'язані з перетворенням вугілля на газ. Більше того, станція з комбінованим циклом споживає значно менше води, тому що дві третини потужності розвиває газова турбіна, яка не потребує води на відміну від парової турбіни.
Життєздатність електричних станцій з комбінованим циклом, що працюють на принципі газифікації вугілля, була доведена досвідом експлуатації станції Cool Water фірми Southern California Edison. Ця станція потужністю близько 100 МВт була введена в експлуатацію у травні 1984 р. Вона може працювати на різних сортах вугілля. Викиди станції по чистоті не відрізняються від викидів сусідньої станції, що працює на природному газі. Вміст оксидів сірки у газах, що йдуть підтримується на рівні значно нижче встановленої норми за допомогою допоміжної системи уловлювання сірки, яка видаляє майже всю сірку, що міститься у вихідному паливі, і виробляє чисту сірку, що використовується в промислових цілях. Утворення оксидів азоту запобігається додаванню до газу води перед спалюванням, що знижує температуру горіння газу. Більш того, залишок в газогенераторі залишок вугілля, що згорів, піддається переплавці і перетворюється в інертний склоподібний матеріал, який після охолодження відповідає вимогам, що пред'являються в штаті Каліфорнія до твердих відходів.
Крім більш високого ккд та меншого забруднення навколишнього середовища станції з комбінованим циклом мають ще одну перевагу: вони можуть споруджуватися в декілька черг, тому встановлена потужність нарощується блоками. Така гнучкість будівництва зменшує ризик надмірних чи, навпаки, недостатніх капіталовкладень, пов'язані з невизначеністю зростання попиту електроенергію. Наприклад, перша черга встановленої потужності може працювати на газових турбінах, а як паливо використовувати не вугілля, а нафту або природний газ, якщо поточні ціни на ці продукти низькі. Потім, у міру зростання попиту на електроенергію, додатково вводяться до ладу котел-утилізатор і парова турбіна, що збільшить не тільки потужність, а й ккд станції. Згодом, коли попит на електроенергію знову збільшиться, на станції можна буде збудувати установку для газифікації вугілля.
Роль теплових електростанцій на вугільному паливі є ключовою темою, коли йдеться про збереження природних ресурсів, захист навколишнього середовища та шляхи розвитку економіки. Ці аспекти цієї проблеми не обов'язково є конфліктуючими. Досвід застосування нових технологічних процесів спалювання вугілля показує, що вони можуть успішно та одночасно вирішувати проблеми та охорони навколишнього середовища, та зниження вартості електроенергії. Цей принцип було враховано у спільній американо-канадській доповіді про кислотні дощі, опублікованій минулого року. Керуючись пропозиціями, що містяться в доповіді, конгрес США в даний час розглядає можливість заснування генеральної національної ініціативи з демонстрації та застосування «чистих» процесів спалювання вугілля. Ця ініціатива, яка об'єднає приватний капітал з федеральними капіталовкладеннями, націлена на широке промислове застосування у 90-ті роки нових процесів спалювання вугілля, включаючи котли зі спалюванням палива у киплячому шарі та газогенератори. Однак навіть при широкому застосуванні нових процесів спалювання вугілля в найближчому майбутньому попит на електроенергію, що росте, не зможе бути задоволений без цілого комплексу узгоджених заходів з консервації електроенергії, регулювання її споживання і підвищення продуктивності існуючих теплових електростанцій, що працюють на традиційних принципах. Економічні та екологічні проблеми, що постійно стоять на порядку денному, ймовірно, приведуть до появи абсолютно нових технологічних розробок, які принципово відрізняються від тих, що були тут описані. У перспективі теплові електростанції на вугільному паливі можуть перетворитися на комплексні підприємства з переробки природних ресурсів. Такі підприємства перероблятимуть місцеві види палива та інші природні ресурси та вироблятимуть електроенергію, тепло та різні продукти з урахуванням потреб місцевої економіки. Крім котлів зі спалюванням у киплячому шарі та установок для газифікації вугілля такі підприємства будуть оснащені електронними системами технічної діагностики та автоматизованими системами управління та, крім того, корисно використовувати більшість побічних продуктів спалювання вугілля.

Таким чином, можливості покращення економічних та екологічних факторів виробництва електроенергії на базі кам'яного вугілля дуже широкі. Своєчасне використання цих можливостей залежить, однак, від того, чи зможе уряд проводити збалансовану політику щодо виробництва енергії та захисту навколишнього середовища, яка б створила необхідні стимули для електроенергетичної промисловості. Необхідно вжити заходів до того, щоб нові процеси спалювання вугілля розвивалися та впроваджувалися раціонально, при співпраці з енергетичними компаніями, а не так, як це було з впровадженням скруберного газоочищення. Все це можна забезпечити, якщо звести до мінімуму витрати та ризик шляхом добре продуманого проектування, випробування та вдосконалення невеликих досвідчених експериментальних установок з подальшим широким промисловим впровадженням систем, що розробляються.