Среди экологически чистых методов термической переработки твердого топлива особое место занимает группа технологий сжигания угля в кипящем слое. В ее состав входят:
1) сжигание угля в ПКС (классическом) при атмосферном давлении;
2) сжигание угля в ЦКС при атмосферном давлении;
3) сжигание угля в ПКСД для ПГУ;
4) сжигание угля в ЦКСД для ПГУ;
5) двухстадийные технологии переработки угля в КСД с использованием пиролиза для ПГУ (второе поколение КСД).
Отличительная особенность технологии сжигания угля в кипящем слое по сравнению с пылеугольным сжиганием заключается в том, что доля горючих частиц в слое составляет несколько процентов его обшей массы. Значительное тепло, накопленное инертными частицами слоя, делает его термически инерционным и стабильным. Как результат изменение свойств топлива (теплоты сгорания, зольности) менее критично сказывается на работе с кипящим слоем, чем обычного пылеугольного.
В некоторых случаях технология сжигания угля в кипящем слое является единственной, применяя которую можно утилизировать низкореакнионные (нефтяной кокс) и высокозольные (Ad < 60 %) виды топлива, отходы угледобычи и углеобогащения, а также промышленные и сельскохозяйственные. При этом температура слоя, как правило, не превышает 800—900 °С, что практически исключает образование «термических» оксидов азота, и оптимальна для связывания оксидов серы.
Возможность связывания оксидов серы за счет добавления сорбента и дальнейшего снижения относительно малых выбросов оксидов азота (например, за счет инжекции аммиака) в пределах топки котла (т. е. без необходимости построения дорогих систем серо- и азотоочистки) делает сжигание в кипящем слое одним из наиболее экологически чистых и сравнительно недорогих методов переработки твердого топлива.
Технология сжигания угля в ПКС при атмосферном давлении прошла как этап экспериментального исследования, так и промышленного внедрения энергоблоков малой и средней электрической мощности (до 160 МВт) в ТЭК Европы (Германия, Франиия, Финляндия, Великобритания), КНР, бывшем СССР, США. На начало 1998 г. в мире работало значительное количество (более 700) энергоблоков с ПКС-топками. Наибольшая достигнутая единичная электрическая мощность энергоблока, работающего по ПКС-технологии при атмосферном давлении, — 160 МВт (ТЭС Shawnee компании TVA, США, пуск осуществлен в 1988 г.). В то же время увеличение единичной электрической мощности ПКС-блока (более 160 МВт) затруднено по техническим причинам, к которым в первую очередь следует отнести сложность организации равномерной подачи топлива в кипящий слой большой площади и проблемы с управлением нескольких зон кипящего слоя, размещенных на разных уровнях топки.
Дальнейшим развитием процесса сжигания в кипящем слое является технология сжигания твердого топлива в UKC при атмосферном давлении, обладающая значительными преимуществами по сравнению с ПКС. В настоящее время она находится на этапе широкого промышленного внедрения и эксплуатации энергоблоков средней и большой мощности. Наибольшая единичная электрическая мощность работающего ЦКС-энергоблока — 262 МВт (ТЭС Turow, Bogatynia, Польша, пуск осуществлен в 2002 г.) — превышает аналогичное значение блока ПКС. Практически возможным, но данной гехноложи, считается строительство энергоблоков с единичной электрической мощностью 460 МВт (ТЭС Lagisza, Bedzin, Польша, предполагаемый пуск — 2006 г.). Следует отметить, что в мировой теплоэнергетике наблюдается устойчивая тенденция к увеличению использования ЦКС-топок по сравнению с ПКС: уже в 1987 г. совокупная установленная тепловая мощность ЦКС-котлов (почти 10000 МВт) превышала долю ПКС-котлов и имела тенденцию к постоянному увеличению.
Опыт использования технологий сжигания в ПКС и ЦКС при атмосферном давлении показал их пригодность для переработки низкокачественных видов угля с высоким содержанием золы (Ad = 30—70 %) и серы, низкой теплотой сгорания и реакционной способностью, что крайне актуально для ТЭК Украины. Сжигание в кипящем слое позволяет значительно уменьшить выбросы оксидов азота и серы без использования дорогих газоочистных систем за счет низких значений температуры горения и возможности добавления сорбента в слой, что имеет существенное преимущество по сравнению с обычными пылеугольными котлами. Также это значительно снижает затраты на ремонтные работы при вынужденных остановах, когда приходится менять , используя сварку. В качестве оборудования мобильного передвижного оборудования рекомендуется использовать современный полуавтомат инверторный.
Следующим этапом развития технологий сжигания в кипящем слое является разработка технологических схем с использованием сжигания в КСД. Их применение позволяет организовать работу ТЭС в качестве ПГУ на твердом топливе с характерными высокими технологическими и экологическими показателями работы.