Катализаторы

Катализаторы горения углеводородных топлив.

В теплоэнергетике главное преимущество котлов, работающих на высокозольных и низкокалорийных топливах – относительная их дешевизна, а значит и производимого с их помощью тепла и электричества. Однако эффективность таких котлов существенно ниже газовых и даже дизельных. Одним из наиболее действенных методов повышения технико-экономических характеристик работы ТЭС и ГРЭС,  работающих на углеводородном топливе, является применение катализаторов горения обладающих высокой активностью и стабильностью в работе.

При оценке топлив наиболее важными характеристиками являются количество энергии, выделяемой в результате химической реакции, температура пламени, а также природа продуктов сгорания. Влияние на данные показатели процесса горения позволяет регулировать его полноту и эффективность. Действие катализаторов горения направлены как раз на оптимизацию данных процессов, заставляя топливо сгорать более полно, с меньшими выбросами вредных веществ в отработавших газах. Катализаторы горения, это класс веществ, предназначенных для снижения энергии активации реакций окисления при сгорании топлив. Большим преимуществом предлагаемых катализаторов является комплексный характер их действия.

Концентрат катализатора содержит в своем составе различные водорастворимые органические соединения (спирты, амины, органические кислоты и их соли) регулирующие процесс горения углеводородов и, взаимодействуя с основными компонентами катализатора, способствующие более эффективному низкотемпературному распаду воды с выделением кислорода и водорода.

Учитывая высокую значимость данного направления, Министерством энергетики РФ на рабочей группе в 2017 году проекту присвоен статус Национального (Протокол заседания № АТ620пр. от 20.12.2017г.). В 2019г. проект получил Диплом и медаль Международного Информационного Нобелевского Центра за развитие передовых технологий в энергетике.

Примеры применения катализатора горения на ТЭС и ГРЭС.

Применение данного состава на котлах с твердым шлакоудалением позволяет:

• снизить температуру возгорания угля за счет генерации дополнительных свободных радикалов, активизирующих цепные реакции окисления при увеличении полноты сгорания;
• увеличить выделение тепла при сгорании угля за счет каталитического и фотокаталитического процесса генерации водорода при разложении воды, вводимой в топливо вместе с катализатором (увеличить к.п.д. котла);
• снизить содержание СО в продуктах горения за счет его каталитического окисления до СО₂.

На котлах с жидким шлакоудалением применение данного катализатора позволяет:

• сократить период задержки воспламенения и продолжительность сгорания топлива;
• увеличить температуру пламени в топке при том же расходе угля;
• снизить расход подсветочного природного газа при увеличении температуры пламени;
• увеличить мощность излучения пламени и использовать излучение, генерируемое в видимом и УФ диапазоне для протекания реакций фотокаталитического окисления углеводородов;
• увеличить полноту сгорания угля;
• оптимизировать и стабилизировать размер факела.

Основные эффекты и возможности при использовании катализатора горения:

1. Экономические эффекты:

•  экономия основного топлива до 15% (в зависимости от его качества);
•  уменьшение использования подсветочного топлива (газа, мазута) до 80%;
•  экономия профилактических и эксплуатационных расходов;
•  увеличение паропроизводительности котла на  5 - 7 %;
•  увеличение КПД котла не менее чем на  4 %.

2. Технологические эффекты:

• интенсификация процессов горения, что обеспечивает поддержание оптимального технического состояния котла;
• уменьшение критического избытка воздуха (увеличение КПД котла за счет снижения потерь тепла с отходящими газами, снижение расхода электроэнергии на собственные нужды);
• повышение температуры горения рабочей среды котла на 150-200⁰С;
• очистка котла от старого шлака, что в дальнейшем предотвращает образование «козлов».

3. Экологические эффекты:

• уменьшение содержания оксидов серы в отходящих газах, снижение образование NOх, СО.

Экономический эффект от применения катализатора.

Экономический эффект от применения катализатора проявляется в нескольких направлениях. Рассмотрим это на конкретном примере – экономия от применения катализаторов горения на котле марки ТПП 210. Несколько вводных характеристик установки: потребление угля (основного топлива) – 250 тонн в час; расход газа (вспомогательного топлива на подсветке) – 25 000 м³ газа; срок профилактических мероприятий – около 30 дней; экологический ущерб от загрязнения дымовых газов – 43 млн. руб. в год. Показатели от применения катализаторов горения: экономия основного топлива – 7-10%; экономия подсветочного топлива – 70-80%; снижение выброса СО в дымовых газах - 35-40%, NOx – 20-25%.

Если взять средние расчетные показатели экономии, то экономический эффект составит:

• по основному топливу (8,5%) 21,25 тонны в час, что при цене угля 3000 руб./тонна составит 63750 руб. в час, в год – 505 млн. руб.;
• по вспомогательному топливу (75%) 18750 м3 газа в час, что при цене газа 5500 руб./тыс. м³ составит 103 тыс. руб. в час, в год - 817 млн. руб.;
• от снижения срока профилактических мероприятий - до 100 млн. руб. в год;
• от снижения экологических выбросов – свыше 10 млн. руб. в год. Ущерб за негативное воздействие на окружающую среду рассчитывался на основании «Методики исчисления размера вреда, причиненного атмосферному воздуху как компоненту природной среды» утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 11.11.2015 N 1219. Данные по выбросам дымовых газов взяты из технических характеристик работы котла ТПП 210.

Итого получается 1432 млн. руб. в год, при этом затраты на использование катализатора составят около 400 млн. руб. в год, что в конечном итоге дает экономическую эффективность применения катализатора горения на установке ТПП 210 в размере одного миллиарда рублей в год. В целом по станции (например - Новочеркасская ГРЭС) она может составить 7 млрд. рублей годовой экономии. Это предварительный расчет и он должен быть подтвержден в процессе долгосрочных (не менее 3 мес.) опытно-промышленных испытаний. При этом мы готовы взять все экономические риски на себя через заключение энерго-сервисного контракта.