Количество электростанций, использующих ПКСД-технологию сжигания угля фирмы , постоянно увеличивается. Среди ТЭС, работающих по ПКСД-технологии на базе блока Р200, необходимо отметить следующие: Vartan (Швеция), Tidd (США), Escatron (Испания), Wakamatsu (Япония). Запуск блока Р200 произошел в Германии на ТЭЦ Cottbus.
Ввод в эксплуатацию блоков Р800 осуществлен (1997) на ТЭС Karita (Япония) и планировался на ТЭС Sporn (США) (2002). В перспективе строительство блоков Р800 ожидалось (2002) на ТЭС Isogo (Япония) и в Тайване.
Собственные технологии сжигания в ПКСД разрабатываются в Японии: компания Hitachi & Mitsubishi Heavy Industries — ТЭС Tomato-azuma, блок электрической мощностью 85 МВт (пуск 1996), компания Chugoku Electric (по заказу Hitachi) — два блока электрической мощностью по 250 МВт (пуск 1999 г.). Работы по вводу в эксплуатацию двух ПКСД-блоков электрической мощностью по 350 МВт велись в Испании и Германии.
В настоящее время в ПКСД-котлах сжигаются высокореакционные лигниты и каменные угли средней зольности. Практический опыт работы на высокореакционных ВЗУ выявил недостатки технологической схемы, что послужило основанием ее модификации. Сжигание низкореакционных ВЗУ считается возможным, однако не проводилось на действующих блоках.
Подчеркнем, что практически все вышеуказанные проекты ПГУ — это часть программ реконструкции и модернизации работающих ТЭС. Вывод старых пылеугольных блоков осуществлен на ТЭС Tidd (заменен блок электрической мощностью ПО МВт, проработавший более 40 лет), Wakamatsu, Escatron, ТЭС Cottbus (вывод из эксплуатации старой ТЭЦ: замена в 2001 г. четырех блоков электрической мощностью 48 и тепловой — 230 МВт) и Spom (замена двух блоков электрической мощностью 150 МВт каждый на один блок Р800 (электрической мощностью 350 МВт).
ТЭЦ Vartan (Швеция) — первый промышленный объект, на котором были сооружены ПКСД-блоки Р200 по технологии «ABB Carbon». Их строительство началось в 1987 г., ввод в промышленную эксплуатацию состоялся в 1990 г. Два блока Р200 нагружены на одну паровую турбину, вырабатывается электрическая мощность 135 МВт и тепловая 224 МВт. ТЭЦ находится в центре г. Стокгольм, П КСД-блоки Р200 размещены на месте демонтированных ранее газомазутных котлоагрегатов. Корпус высокого давления блока Р200 имеет диаметр 13,42 м и высоту 20,74 м, толщина стенки — 7,3 мм, масса — 1340 т. Промперегрев пара в данной схеме не используется. Хранение угля под открытым небом и в наземных хранилищах не предусмотрено. Уголь подается в систему подготовки водоугольной пасты из подземного хранилища. В настоящее время сжигаются польские каменные угли с зольностью менее 20 % и содержанием серы менее 1 %, которые доставляются в Швецию морским транспортом. В качестве сорбента используют известняк.
ТЭС Tidd (США). На станции осуществлялся проект модернизации старого пылеугольного блока, проработавшего около 40 лет, на ПКСД-блок типа Р200. Основные цели проекта: демонстрация технической и промышленной пригодности ПКСД-технологии; повышение выходной мощности и улучшение экологических показателей работы; проверка возможности перехода к более крупным КСД-блокам (от Р200 к Р800) электрической мощностью 350 МВт; испытание системы горячей очистки дымовых газов (керамических фильтров), работающих в атмосфере КСД.
Установленная электрическая мощность — 70 МВт. Общая стоимость проекта — около 193,54 млн дол. США. Часть этой суммы (31 %) финансировалась правительством США в рамках программы «Чистые угольные технологии» (Clean Coal Technology Demonstration Program — CCTDP) Министерства энергетики США.
Строительство ПКСД-блока проводила фирма Babcock & Wilcox (США) по лицензии фирмы ABB Carbon по заказу American Electric Power (АЕР). Использовалась газовая турбина GT35P фирмы ABB STAL. Впервые на блоке Р200 Tidd уголь был сожжен в ноябре 1990 г. В 1993 г. была испытана система горячей очистки дымовых газов (керамические фильтры). Общая продолжительность наработки на угле к настоящему моменту составляет более 18 000 ч. При этом более 1800 ч проработали керамические фильтры в соответствии с сертификатом соответствия техническому регламенту. Для каменного угля Pittsburgh N 8 с содержанием серы 3,5 % связывание ее при нагрузке 100 % составляет около 93 % при Ca/S = 2,0. Корпус высокого давления имеет диаметр 13,7 м и высоту 21,3 м.
ТЭС Escatron (Испания). В 1991 г. фирмой ABB Carbon завершено строительство блока Р200 электрической мощностью 79,5 МВт, предназначеного для сжигания высокозольных черных лигнитов с высокими зольностью до 36 % и содержанием серы до 9 %. Блок сооружен на месте демонтированных ранее котлоагрегатов. Цилиндрический корпус высокого давления имеет диаметр 14 м и высоту 22 м. Подача лигнита с учетом его высокой зольности осуществлена в сухом виде через 16 вводов, расположенных непосредственно в перфорированной решетке. Увеличено количество циклонов (9 пар) для очистки газов перед газовой турбиной. Для увеличения связывания серы использовался известняк, размолотый до размеров менее 0,2 мм. Эффективность связывания серы составляла 85—95 % при нагрузке выше 70 % и Ca/S= 1.8. Практический опыт работы на высокореакционных высокозольных черных лигнитах выявил недостатки технологической схемы, которые вызвали перегрузку ступени первичных циклонов и внутрислоевую агломерацию частиц. Исправление этих и других недостатков обусловило изменение систем золоудаления донной и летучей золы (выводов циклонов), а также изменение подачи угля.
ТЭС Wakamatsu (Япония). После успешной демонстрационной эксплуатации ПКСД-технологии на блоках Р200 Vartan и Tidd компанией АВВ было открыто отделение ABB Japan, которое в консорциуме с японскими фирмами начало строительство ПКСД-блоков Р200 на ТЭС Wakamatsu и Р800 на ТЭС Karita.
На ТЭС Wakamatsu пылеугольный котел был заменен блоком Р200, пуск которого состоялся в сентябре 1993 г. Корпорация АВВ поставила турбину GT35P и вспомогательное оборудование.
Отличительные особенности станции: использование турбины с температурой промнерегрева пара выше 590 °С, наличие полномасштабного керамического фильтра, представляющего часть системы горячей газоочистки (hot-gas cleanup—HGСU). Успешное испытание данной системы позволит применять в КСД-тех-нологии широкий набор обычных газовых турбин. На ТЭС’ Wakamatsu впервые реализованы инженерные решения по масштабному переходу к модулям Р800. Основной поставщик оборудования, изготовленного по лицензии ABB Carbon для EPDC, — Ishikawajima Harima Heavy Industries (Япония).
ТЭС Cottbus (Германия). Новый блок типа Р200 заменил старый пылеугольный, выведенный из эксплуатации в 2001 г Вырабатывается как электроэнергия, так и тепло. Как топливо используются местные бурые угли. Особенность схемы: использование двух сжигающих газ котлов (тепловая мощность 220 МВт) для покрытия пикового спроса энергии. Поставку оборудования производила компания ABB Kraftwerke при участии ABB Carbon, поставляющей топку, газовые турбины, вспомогательное оборудование, системы подачи угля и вывода золы, системы управления. Паровые турбины (новые) G32 и VEE6J поставлены компанией ABB Nurnberg. Строительно-монтажные работы проведены в начале 1997 г., промышленная готовность — с 1999 г..
ТЭС Sporn (США). Ввод в эксплуатацию блока ПКСД электрической мощностью 340 МВт был запланирован на 2002 г. при совместном участии фирм ABB Carbon и Babcock & Wilcox по заказу АЕР. Проект предусматривает замену двух пылеугольных энергоблоков мощностью 150 МВт на ПКСД-блок типа Р800 электрической мощностью 340 МВт. КПД будет увеличен до 40,2 % (по высшей теплоте сгорания угля). Около 75 МВт мощности должно производиться генератором паровой турбины (GT140P) фирмы ABB STAL, остальное ее количество — ПТУ. Корпус высокого давления имеет диаметр 18,3 м и высоту 30,5 м. В паровом цикле используется промперегрев После модернизации планируется использование высокосернистого каменного угля (Pittsburgh N 8) с содержанием серы до 4 %. Ожидается уменьшение выбросов оксидов серы на 95 %, оксидов азота — на 80 %. Строительство блока Р800 должно было осуществляться фирмой Babcock & Wilcox по лицензии фирмы . В настоящее время реализация проекта приостановлена.
ТЭС Karila (Япония). Впервые применила технологию ежи гания угля в ПКСД на базе блока Р800, рассчитанного на электрическую мощность 350 МВт. ПКСД-блок имеет специально доработанную газовую турбину GT140P (70 МВт) и паровую турбину (285 МВт). Блок Р800 сооружен на территории ТЭС, работающей на мазуте. Существующие помещения электростанции будут использованы для размещения новой паровой турбины.
Корпус высокого давления имеет диаметр около 15 и высоту около 40 м. Пар, производимый в котле, подается на новую турбину с промперегревом пара. Котел рассчитан на производство пара со сверхкритическими параметрами — Р=24,1 МПа, Т = 565/565 °С. Запуск станции произошел в 1997 г..
ТЭС Osalu (Япония). Собственная оригинальная ПКСД-технология была разработана в Японии компанией Chugoku Electric. Строительство первого ПКСД-блока электрической мощностью 250 МВт было начато в ноябре 1995 г., пробные испытания — в октябре 1998 г., а полномасштабная промышленная эксплуатация — в ноябре 2000 г. Котел — прямоточный с промперегревом (17,3 МПа, 571/596 °С).
Отличительная особенность энергоблока состоит в наличии двух топочных камер, каждая из которых находится в отдельном корпусе высокого давления. Первая из топок предназначена для производства перегретого пара, вторая — . Указанная конструкция облегчает независимое управление первичным паром и паром промперегрева, а также повышает эффективность работы за счет отказа от использования впрыска в систему промперегрева.
Новизна технологии обусловлена и тем, что как емкость накопления слоя, так и циклоны находятся вне корпуса высокого давления. Это позволяет уменьшить мертвое пространство внутри него, а также улучшить регулирование нагрузки блока. Маленькие габариты корпуса делают его более транспортабельным, расширяют объем заводской сборки, что увеличивает надежность и сокращает время строительства блока.
В качестве топлива используется ВУС. Уголь (с частицами менее 6 мм) и известняк (с частицами менее 3 мм) смешиваются с водой (20—30 %) и подаются в топку через 10 точек ввода (5 фронтальных и 5 боковых). Давление в топках — 1,0 МПа, температура — 865 °С (на входе в газовую турбину — 838 °С), перепад температуры по слою — менее 50 °С, высота слоя — 4м (при полной нагрузке). Изменение нагрузки (1—2 % номинальной/мин) осуществляют в диапазоне 50—100 %, меняя высоту слоя. Содержание 02 в дымовом газе обычно не превышает 3,5 %. Используется упрочненная газовая турбина типа GE F7EA, сопла и лопатки которой обработаны антикоррозионным покрытием. Выбросы: пыль — менее 3,5 мг/м1 (ограничение — 9 мг/м3), S02 — менее 7 ppm (ограничение — 76 ppm), NOT — 7 ppm (ограничение — 19 ppm). Выбросов NOx (при 90,5%-м связывании) достигают за счет СНКВ (впрыск NH3) и СКВ. ПТУ имеет электрическую мощность 210 МВт, ГТУ — 40 МВт, термический КПД энергоблока превышает 45 %.
В настоящее время затраты на строительство нового ПКСД-блока оценивают в 1263 дол. США за 1 кВт (по данным для ТЭС Karita).
Повышение рабочего давления процесса сжигания позволило создать ПГУ со значительным КПД (нетто) (42—44 %), построить компактные ПКСД-блоки при относительно низких капитальных затратах, еще больше снизить выбросы оксидов серы и азота, а также диоксида углерода (за счет большего КПД комбинированного цикла). Компактность новых ПКСД-блоков расширила возможный спектр их применения для модернизации и реконструкции устаревших энергоблоков на той же площади при сохранении основной структуры станции.
Основные ограничения ПКСД-технологии для широкого внедрения связаны с невозможностью использования обычных (не упрочненных) газовых турбин, что приводит к удорожанию энергоблока (разрабатываемая технология одностадийной очистки газов в керамических фильтрах еще не освоена в промышленном масштабе), а также с необходимостью возврата уноса в слой при сжигании антрацитов и тощих углей для достижения степени конверсии углерода более 98 %. Принципиальным ограничением повышения КПД процесса (газотурбинного цикла и ПГУ в целом) является низкий уровень температур на входе в газовую турбину.
В связи с этим технология ПКСД фирмы ABB Carbon в существующем виде наиболее пригодна для сжигания каменных углей малой и средней зольности с большим выходом летучих, и в случае доработки имеет значительные перспективы для сжигания высокореакционных ВЗУ.
