Спосіб комбінованої газифікації палива та генерації електроенергії

Спосіб комбінованої газифікації палива та генерації електроенергії, що включає процеси парокисневої газифікації палива та очищення синтез-газу, розділення повітря та подання синтез 3 29607 палива на відпущений кВт год знижується на 4-6% абсолютних, або 9-10% відносно існуючих установок. Найближчим аналогом корисної моделі (прототипом) є комбінована установка парокисневої газифікації палив, що складається з установок газифікації, очищення синтез-газу, енергетичної парогазової установки (ПГУ) та кисневої установки, в якій застосовується спосіб криогенного розділення повітря [4]. Недоліком прототипу є невисокий енергетичний ККД комбінованої установки і висока її вартість. Обидва ці фактори обумовлено само тим, що кисень для парокисневої конверсії одержують шляхом криогенного розділення повітря. Установка криогенного розділення є дорогою, тому що вона включає повітряний компресор, попередній, основний і кінцевий теплообмінники, турбодетандер, нижню і верхню ректифікаційні колони, конденсатор і кілька одиниць допоміжного устаткування. Скраплення повітря в залежності від тиску здійснюється при температурі мінус 180-190°С. Тому криогенна апаратура виготовляється з нержавіючої сталі і мідних сплавів. Велика маса апаратури і висока вартість матеріалів обумовлюють значні капітальні вкладення в установку [5]. Великі енерговитрати на криогенне розділення повітря приводять до значних витрат енергії на власні потреби комбінованої установки, що обумовлює зниження її енергетичного ККД-нетто. Метою пропонованої корисної моделі є зниження капітальних вкладень і підвищення енергетичної ефективності комбінованої установки парокисневої газифікації палив і ПГУ на синтез-газу. Ця мета досягається тим, що в установці розділення повітря застосовується спосіб короткоциклової адсорбції (КЦА) з отриманням кисню під низьким тиском і наступним його стисненням до тиску у газифікаторі та отриманням азоту при високому тиску. Причому недесорбований азот (при високому тиску) спрямовується до камери згоряння газотурбінної установки (ГТУ), де збільшується маса робочого тіла та підвищується потужність і ККД комбінованої установки. На рисунку надано принципову те хнологічну схему комбінованої установки за корисною моделлю, що запропоновано. Установка включає секцію газифікації палива та охолодження синтез-газу, яка складається з газифікатора 1, котлаутилізатора 2, газо-газового теплообмінника 3, скрубера 4 та відстійника 5. Секція очищення синтез-газу складається з абсорбера 6, десорбера 7. Парогазова установка включає камеру згоряння 8, головной повітряний компресор 9, дожимний компресор 10, газову турбіну 11, котел-утилізатор 12, парову турбіну 13, конденсатор 14 та електрогенератори 18, 19. Секція отримання кисню складається з адсорберів 15, газотурбінного двигуна (ГТД) 16 та кисневого компресора 17. У якості сировини газифікації на схемі, що надано, можуть використовуватися різні види палив: кам'яне та буре вугілля, торф, нафтові залишки (гудрон, смоли крекінгу, кокс, пек). Нижче розглянуто комбіновану установку стосовно газифікації важкого нафтового залишку (гудрону), який є ос 4 новною сировиною для отримання синтез-газу на нафтопереробних заводах (НПЗ). Типовий елементарний склад сировини газифікації на основі гудрону такий: С - 85,5; Н - 9,8; S - 3,4; N - 0,5; О - 0,6; зола - 0,2% мас. Нижча теплота згоряння становить приблизно 39700 кДж/кг. Для парокисневої газифікації необхідно приблизно наступне співвідношення реагентів: СНm : О2 : Н2О = 1:0,86:0,6. При цьому виходить синтез-газ з нижчою теплотою згоряння 10000-12000кДж/м 3. Установка працює наступним чином. Газифікація сировини здійснюється у газифікаторі 1. У пальник спеціальної конструкції подається кисень та паливо-водяна емульсія або суспензія. Тиск у газифікаторі обумовлено тиском у камері згоряння газової турбіни 11 та знаходиться у межах 1,4-2,0МПа. Максимальна температура в реакційній зоні досягає 1500°С. Газ з газифікатору виходить при температурі приблизно 1200°С. Фізична теплота його використовується у котлі-утилізаторі 2 для виробництва пари середнього тиску, який потім використовується у паровій турбіні ПГУ у суміші з парою з котлаутилізатора 12. Після котла-утилізатора 2 синтезгаз має температуру біля 500°С, і його тепло використовується для нагріву зворотного потоку синтез-газу у газо-газовому теплообміннику 3. Охолоджений до температури 40-50°С синтез-газ подається до скруберу 4 для подальшого охолодження та відмивання його від твердих часток золи й сажі. Вода, яка використовувалася для промивки, з частками золи та сажі стікає у відстійник 5, звідки вона частково циркулює у газифікатор 1, а частково відводиться до очищувальних споруджень. Відмитий від твердих часток газ подається у абсорбер 6 для очищення його від сірчистих сполук. Абсорбентами є етаноламіни, розчини карбонатів та інші поглиначі. Кислі гази (H2S, SO2, COS та інші) десорбуються у десорбері 7 та спрямовуються на установку отримання елементарної сірки. Газ, який очищений від сірчистих сполук, підігрівається до температури 300-400°С. Склад його залежить від багатьох факторів, але зміст компонентів приблизно такий, % об.: Н2 - 50; CO - 44; СO2 - 3,3; СН4 - 1,3; N 2 - 1,3; H 2S - 0,03. Основна кількість синтез-газу спрямовується до ПГУ для генерації електроенергії. Парогазова установка, яку наведено, дещо відрізняється від аналогічної ПГУ на природному газі. Повітря стискається у головному компресорі 9 до тиску 1,31,7МПа в залежності від типу газотурбінної установки. Частка повітря подається до камери згоряння 8, а частка - у дожимний компресор 10. Продукти згоряння надходять у газову турбіну 11, яка є приводом електрогенератора 18. Продукти згоряння з турбіни 11 подаються у котелутилізатор 12, до нього подається також пара з котла-утилізатора 2. Сумарний потік пари з тиском 7-10МПа перегрівається до робочої температури парової турбіни 13, яка є приводом електрогенератора 19. Після конденсації пари у конденсаторі 14 конденсат подається до котлів-утилізаторів 2 та 12. 5 29607 Повітря після дожимного компресору 10 спрямовується до установки адсорбційного розділення повітря, головними апаратами якої є адсорбери 15. На вуглецевих сорбентах сорбується кисень, а азот під високим тиском змішується з синтез-газом та подається у камеру згоряння ГТУ 8. Таким чином використовується енергія стислого азоту, якого у повітрі біля 80%. Кисень десорбується при скиданні тиску до 0,2-0,3МПа та подається у кисневий компресор 17, приводом якого є газотурбінний двигун 16, що працює на синтез-газу. В якості прикладу наводимо результати розрахунків комбінованої установки потужністю за важкими нафтовими залишками (гудрон, смоли каталітичного крекінгу, смоли термічних процесів) 1млн. т/год. Така потужність установки газифікації є характерною для НПЗ середньої потужності 610млн. т/год за сирою нафтою. В результаті розрахунків було отримано такі характеристики комбінованої установки: Сировини на газифікацію, т/год 125 Первинний (сирий) синтез-газ, т/год 320 Синтез-газ, який очищено, т/год 286 Потужність (корисна) газових турбін, МВт 380 Потужність парових турбін, МВт 250 Потужність кисневого компресору, МВт 20 Електрична потужність на затискачах 620 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 6 генераторів, МВт ККД-нетто комбінованої установки, % 47,0. При використанні комбінованої установки за традиційною технологією аналогічної потужності та на аналогічному устаткуванні ККД-нетто її може скласти 43%, тобто на 4% менш, ніж на установці, що запропоновано (47%), відносна економія палива становить 9%. При цьому капітальні вкладення знижуються приблизно на 20%. Джерела інформації: 1. Саламов А.А. Тепловые электростанции с газификацией топлива // Теплоенергетика. - 2004. - №5. - С. 75-77. 2. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г. Применение новых технологий при техническом перевооружении угольных ТЭС // Теплоэнергетика. 2003. -№9.-С. 7-18. 3. Кепсель К. Промышленные области применения короткоцикловой адсорбции при переменном давлении // Технические газы. - 2005. - №2. С. 36-46. 4. Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией и экологические проблемы энергетики / В.М. Масленников, Ю.А. Выскубенко и др. М.: Наука, 1983.-260с. 5. Беляков В.П. Криогенная технология. - М.: Наука, 1982. - 230с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601