Assessment of the Costs of Implementing the Best Available Ash Collection Technologies at Coal-fired Thermal Power Plants

  • Павел [Pavel] Васильевич [V.] Росляков [Roslyakov]
  • Айгуль [Aigul] Анисовна [A.] Сибгатуллина [Sibgatullina]
Keywords: solid fuel ash, ash collection, technological emission indicators, electrostatic precipitators, bag filters, combined heat and power plant, condensing thermal power plant, best available technologies

Abstract

According to existing plans, the environmental situation in Russia is going to be improved by modernizing or replacing outdated equipment at industrial enterprises and making a shift to the best available technologies. The thermal power industry is commonly referred to industrial sectors featuring the greatest negative impact on the environment. Emissions of fly ash with flue gases from coal-fired thermal power plants are of much significance from the viewpoint of atmospheric air pollution. Various ash removal technologies are used to reduce them, but a number of them are no longer able to provide the required quality of atmospheric air in areas experiencing a negative impact of thermal power plants. The aim of this work was to assess the possibility of using different types of ash collectors to fulfill the technological indicators of solid fuel ash emissions. For this purpose, the technical and environmental characteristics of various technologies for removing solid fuel ash from the flue gases of thermal power plants were compared, and their main indicators, advantages, and disadvantages were considered. The choice of the most effective ash collection technologies -- electrostatic precipitators and bag filters — to fulfill the technological indicators of ash emissions according to GOST R 50831-95 as the best available technologies is justified. A comparative technical and economic assessment of using electrostatic precipitators (EP) and bag filters (BF) downstream of the boilers of combined heat and power plants (CHPPs) and condensing thermal power plants (CTPPs) combusting the main Russian coals: grade SS Ekibastuz coal, grade SS Kuznetsk coal, grade 2B Irsha-Borodino coal, and Donetsk anthracite culm was carried out. The total capital and operating costs for the implementation, the specific costs for the removal of one ton of ash from different coals in EF and BF for pessimistic and optimistic inflation forecasts are determined. It is shown that an increase in inflation will have a very negative impact on the introduction pace of BATs at Russian thermal power plants and may slow down the introduction of bag filters, which are the most efficient BAT for ash collection. Recommendations on the use of electrostatic precipitators and bag filters at CHPPs and CTPPs for different types of coals have been formed. It is proposed to use bag filters in combusting high-ash coals, the ash of which is characterized by high electrical resistivity. Electrostatic precipitators should be used in combusting low- and medium-ash coals, because the difference in the mass of captured ash in the EF and BF for the same coal is small, whereas the cost of implementing EF is significantly lower. The specific cost of the ash removed differs little for the boilers of CHPPs and CTPPs operating on the same coal; however, it depends strongly on the level of inflation, the growth of which increases significantly the operating costs.

Information about authors

Павел [Pavel] Васильевич [V.] Росляков [Roslyakov]

Dr.Sci. (Techn.), Engineering Ecology and Labor Protection Dept., NRU MPEI, e-mail: Roslya-ovPV@mpei.ru

Айгуль [Aigul] Анисовна [A.] Сибгатуллина [Sibgatullina]

Master's Degree in «Electric Power and Electrical Engineering», Program «Technogenic Safety in Electric Power and Electrical Engineering», e-mail: SibgatullinaAA@mail.ru

References

1. Указ Президента Российской Федерации № 400 от 02 июля 2021 г. «О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации».
2. Федеральный закон № 7-ФЗ от 10 января 2002 г. «Об охране окружающей среды».
3. Федеральный закон №96-ФЗ от 4 мая 1999 г. Об охране атмосферного воздуха».
4. Паспорт национального проекта «Экология» [Электрон. ресурс] http://www.mnr.gov.ru/activity/directions/natsionalnyy_proekt_ekologiya/ (дата обращения 11.11.2022).
5. Паспорт федерального проекта «Чистый воздух» [Электрон. ресурс] https://www.mnr.gov.ru/activity/clean-air/ (дата обращения 11.11.2022).
6. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1316-р от 26 мая 2015 г. «Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды».
7. ИТС 38—2017. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
8. Росляков П.В. Золоуловители ТЭС. М.: Изд-во МЭИ, 2018.
9. Перечень поручений Президента РФ по итогам совещания с членами Правительства [Электронный ресурс] http://www.kremlin.ru/acts/assignments/orders/67453 (дата обращения 11.11.2022).
10. ГОСТ Р 50831—95. Установки котельные, тепломеханическое оборудование, общие технические требования.
11. Росляков П.В., Кондратьева О.Е., Рудомазин В.В. Особенности актуализированного информационно-технического справочника ИТС 38—2022 «Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии» // Электрические станции. 2022. № 12. С. 42—50.
12. Единая энергетическая система России [Электрон. ресурс] https://www.so-ups.ru/functioning/ees/ups2022/ (дата обращения 11.11.2022).
13. Богомолов ВВ. и др. Энергетические угли восточной части России и Казахстана. Челябинск: УралВТИ, 2004.
14. Алехнович А.Н. Улавливание золы на отечественных ТЭС. Челябинск: Цицеро, 2018.
15. ИТС 38—2022. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
16. Природоохранные технологии на ТЭС / Под общ. ред. Рогалева Н.Д., Прохорова В.Б. М.: Изд-во МЭИ, 2021.
17. Росляков П.В., Гусева Т.В., Mikaelsson A. Обоснование выбора новых технологических показателей выбросов золы и оксидов серы для российских ТЭС и обеспечивающих их наилучших доступных технологий статья по сере и золе // Электрические станции. 2021. № 8. С. 2—13.
18. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии № 666 от 17 декабря 2018 г. «Об утверждении правил разработки программы повышения экологической эффективности».
19. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2019614380 от 03 апреля 2019 г. Программный комплекс выбора наилучших доступных технологий для ТЭС (BAT HPP) / Росляков П.В., Степанова А.Н.
20. Гузаев В.А. и др. Новые российские электрофильтры и модернизация действующих электрофильтров для повышения эффективности золоулавливания // УгольЭко: Труды Междунар. науч.-практ. конф. М., 2016.
21. Электрофильтры [Электрон. ресурс] http://www.kondor-eco.ru/download/egb1.pdf (дата обращения 11.11.2022).
22. Зыков А.М. Разработка и исследование отечественного фильтрующего материала для рукавного фильтра, улавливающего золу Экибастузских углей // Экология в энергетике: Материалы конф. М., 2019.
23. ГОСТ Р 113.38.02—2019. Методические рекомендации по оценке затрат предприятий электроэнергетики по снижению выбросов загрязняющих веществ для достижения ими технологических показателей наилучших доступных технологий.
24. Инфляционные ожидания и потребительские настроения. 2022. № 2(62). Информационно-аналитический комментарий [Электрон. ресурс] https://cbr.ru/Collection/Collection/File/40844/Infl_exp_22-02.pdf/ (дата обращения 11.11.2022).
25. Сборник докладов и каталог XIV Междунар. конф. «Пылегазоочистка — 2021». М.: ООО «Интехэко», 2021.
---
Для цитирования: Росляков П.В., Сибгатуллина А.А. Оценка затрат внедрения наилучших доступных технологий золоулавливания на угольных тепловых электростанциях // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 119—129. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-119-129.
#
1. Ukaz Prezidenta Rossiyskoy Federatsii № 400 ot 02 Iyulya 2021 g. «O Strategii natsional'noy Bezopasnosti Rossiyskoy Federatsii».(in Russian).
2. Federal'nyy Zakon № 7-FZ ot 10 Yanvarya 2002 g. «Ob Okhrane Okruzhayushchey Sredy».(in Russian).
3. Federal'nyy Zakon №96-FZ ot 4 Maya 1999 g. Ob Okhrane Atmosfernogo Vozdukha».(in Russian).
4. Pasport Natsional'nogo Proekta «Ekologiya» [Elektron. Resurs] http://www.mnr.gov.ru/activity/directions/natsionalnyy_proekt_ekologiya/ (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
5. Pasport Federal'nogo Proekta «Chistyy Vozdukh» [Elektron. Resurs] https://www.mnr.gov.ru/activity/clean-air/ (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
6. Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii № 1316-r ot 26 Maya 2015 g. «Ob utverzhdenii Perechnya Zagryaznyayushchikh Veshchestv, v Otnoshenii Kotorykh Primenyayutsya Mery Gosudarstvennogo Regulirovaniya v Oblasti Okhrany Okruzhayushchey Sredy» (in Russian).
7. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
8. Roslyakov P.V. Zolouloviteli TES. M.: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
9. Perechen' Porucheniy Prezidenta RF po Itogam Soveshchaniya s Chlenami Pravitel'stva [Elektronnyy Resurs] http://www.kremlin.ru/acts/assignments/orders/67453 (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
10. GOST R 50831—95. Ustanovki Kotel'nye, Teplomekhanicheskoe Oborudovanie, Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
11. Roslyakov P.V., Kondrat'eva O.E., Rudomazin V.V. Osobennosti Aktualizirovannogo Informatsionno-tekhnicheskogo Spravochnika ITS 38—2022 «Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii». Elektricheskie Stantsii. 2022;12:42—50. (in Russian).
12. Edinaya Energeticheskaya Sistema Rossii [Elektron. Resurs] https://www.so-ups.ru/functioning/ees/ups2022/ (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
13. Bogomolov VV. i dr. Energeticheskie Ugli Vostochnoy Chasti Rossii i Kazakhstana. Chelyabinsk: UralVTI, 2004. (in Russian).
14. Alekhnovich A.N. Ulavlivanie Zoly na Otechestvennykh TES. Chelyabinsk: Tsitsero, 2018. (in Russian).
15. ITS 38—2022. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
16. Prirodookhrannye Tekhnologii na TES. Pod Obshch. Red. Rogaleva N.D., Prokhorova V.B. M.: Izd-vo MEI, 2021. (in Russian).
17. Roslyakov P.V., Guseva T.V., Mikaelsson A. Obosnovanie Vybora Novykh Tekhnologicheskikh Pokazateley Vybrosov Zoly i Oksidov Sery dlya Rossiyskikh TES i Obespechivayushchikh Ikh Nailuchshikh Dostupnykh Tekhnologiy Stat'ya po Sere i Zole. Elektricheskie Stantsii. 2021;8:2—13. (in Russian).
18. Prikaz Ministerstva Prirodnykh Resursov i Ekologii № 666 ot 17 Dekabrya 2018 g. «Ob Utverzhdenii Pravil Razrabotki Programmy Povysheniya Ekologicheskoy Effektivnosti». (in Russian).
19. Svidetel'stvo o Gos. Registratsii Programmy dlya EVM № 2019614380 ot 03 Aprelya 2019 g. Programmnyy Kompleks Vybora Nailuchshikh Dostupnykh Tekhnologiy dlya TES (BAT HPP). Roslyakov P.V., Stepanova A.N. (in Russian).
20. Guzaev V.A. i dr. Novye Rossiyskie Elektrofil'try i Modernizatsiya Deystvuyushchikh Elektrofil'trov dlya Povysheniya Effektivnosti Zoloulavlivaniya. Ugol'Eko: Trudy Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M., 2016. (in Russian).
21. Elektrofil'try [Elektron. Resurs] http://www.kondor-eco.ru/download/egb1.pdf (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
22. Zykov A.M. Razrabotka i Issledovanie Otechestvennogo Fil'truyushchego Materiala dlya Rukavnogo Fil'tra, Ulavlivayushchego Zolu Ekibastuzskikh Ugley. Ekologiya v Energetike: Materialy Konf. M., 2019. (in Russian).
23. GOST R 113.38.02—2019. Metodicheskie Rekomendatsii po Otsenke Zatrat Predpriyatiy Elektroenergetiki po Snizheniyu Vybrosov Zagryaznyayushchikh Veshchestv dlya Dostizheniya Imi Tekhnologicheskikh Pokazateley Nailuchshikh Dostupnykh Tekhnologiy. (in Russian).
24. Inflyatsionnye Ozhidaniya i Potrebitel'skie Nastroeniya. 2022;2(62). Informatsionno-analiticheskiy Kommentariy [Elektron. Resurs] https://cbr.ru/Collection/Collection/File/40844/Infl_exp_22-02.pdf/ (Data Obrashcheniya 11.11.2022). (in Russian).
25. Sbornik Dokladov i Katalog XIV Mezhdunar. Konf. «Pylegazoochistka — 2021». M.: OOO «Intekheko», 2021. (in Russian).
---
For citation: Roslyakov P.V., Sibgatullina A.A. Assessment of the Costs of Implementing the Best Available Ash Collection Technologies at Coal-fired Thermal Power Plants. Bulletin of MPEI. 2023;3:119—129. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-119-129.
Published
2023-02-14
Section
Energy Systems and Complexes (2.4.5)