Парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією палива

Парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією палива, що включає секції газифікації 3 витратами на власні потреби, в основному, на одержання кисню установкою криогенного розділення. Метою корисної моделі є зниження капітальних вкладень і підвищення енергетичної ефективності комбінованої установки парокисневої газифікації палив і ПГУ на синтез-газі. Ця мета досягається шляхом створення парогазової установки з внутрішньоцикловою газифікацією палива, в якій розділення повітря здійснюється короткоцикловою адсорбцією в адсорберах з вуглецевими адсорбентами, що поглинають кисень, який після десорбції під низьким тиском стискається у компресорі та подається в газифікатор, а неадсорбований азот під високим тиском (2-5 МПа) змішується з синтез-газом і суміш, що отримується, використовується в газотурбінному двигуні у якості палива. Досягти мету, яку визначено, можливо шляхом використання нової технології адсорбційного розділення повітря. В умовах рівноваги поглинання азоту і кисню адсорбентами практично однаково, але швидкість сорбції N2 і О2 різними сорбентами різна. Вуглецевими молекулярними ситами значно швидше сорбція О2, а алюмосилікатними - N2. На цьому принципі працюють промислові установки короткоциклової адсорбції (КЦА) [6]. У кисневих установках адсорбують азот, а кисень отримують при високому тиску, а в азотних установках з повітря адсорбують кисень і отримують азот при високому тиску. Застосування такої технології для ПГУ значно знижує капітальні витрати, але внаслідок адсорбції великої кількості азоту енергетичні витрати знижуються незначно. Сутність корисної моделі полягає в диверсифікації адсорбційного розділення повітря, коли на вуглецевих молекулярних ситах адсорбується кисень, а неадсорбований азот при високому тиску використовується як додаткове робоче тіло в газовій турбіні. Кисень десорбують при низькому тиску, а потім компримують до тиску у газифікаторі. Це приводить до істотного зниження енерговитрат на отримання кисню. Зниження енерговитрат здійснюється таким чином. У адсорберах адсорбується кисень в кількості 16-19% від повітря, що подається. Залишковий О2 йде разом з азотом. Енергія стиснення кисню до тиску в газифікаторі (з урахуванням втрат) складає 20-22% від енергії стиснення повітря. Сумарна енергія на стиснення повітря і кисню до 2,5 МПа складає приблизно 0,2 кВт ч/м3 О2. Азот з адсорберів змішують з отриманим і очищеним синтез-газом, і суміш подають в камеру згоряння газової турбіни. Внаслідок збільшення кількості робочого тіла потужність турбіни зростає при незмінній потужності повітряного компресору. Додаткова потужність приблизно на 55-60% компенсує енерговитрати на отримання кисню. Таким чином, знижуються витрати на власні потреби і підвищується ККД-нетто комбінованої установки. ПГУ на твердому паливі є комбінованою установкою, яка включає у себе такі установки і секції: газифікації палива і регенерації тепла синтез-газу, охолодження і очищення синтез-газу, розділення 56966 4 повітря і стиснення кисню, генерації електроенергії в ПГУ на синтез-газі. На рисунку надано принципову технологічну схему ПГУ на твердому паливі, що запропоновано. Установка газифікації палива і регенерації тепла складається зі змішувача 1, насоса для пульпи 2, газифікатора 3, котла-утилізатора 4. Секція охолодження і очищення синтез-газу включає скрубер 5, відстійник 6, абсорбер 7, десорбер 8. Установка розділення повітря включає адсорбери 9, зрівняльну ємкість 10, кисневий компресор 11. ПГУ на синтез-газі складається з газотурбінного двигуна 13, котла-утилізатора 14, парової турбіни 15 і конденсатора 16. Допоміжне обладнання на рисунку не показано. Робота комбінованої установки здійснюється таким чином. Сировина (пилоподібне вугілля або нафтовий залишок) і вода подаються в змішувач 1, обладнаний механічними або кавітаційними мішалками. Суспензія (пульпа), що утворилася, спеціальним насосом 2 подається в пальниковий пристрій газифікатора 3, куди подається також кисень, за допомогою якого проводиться розпил емульсії або суспензії. Тиск в газифікаторі, який обумовлений тиском в камері згоряння газотурбінного двигуна, знаходиться в межах 1,4-2,0 МПа. Максимальна температура в реакційній зоні досягає 1500°С, а на виході з газифікатора-1100-1200°С. Внаслідок хімічних перетворень утворюється синтез-газ, фізична теплота якого використовується в котлі-утилізаторі 4 для виробництва пари середнього тиску. Після котла-утилізатора синтез-газ подається до скруберу 5 для подальшого охолодження та відмивання його від твердих часток золи і сажі. Промивальна вода з частками золи і сажі стікає у відстійник 6, а звідти вона частково рециркулює до змішувача 1, а частково, виводиться на очисні споруди. Синтез-газ очищають від сірчистих сполук в абсорбері 7. При парокисневій газифікації кам'яного вугілля з використанням технічного кисню з вмістом О2 87% об. утворюється синтез-газ, який після очищення має приблизно такий склад (% об.): Н2 36 О2 40,5 СO2 14,5 СН4 0,05 N2+Аr ~9 Нижча теплота згоряння очищеного синтезгазу залежно від складу сировини, параметрів процесу та інших чинників складає 93009500 кДж/м3. Парогазова установка, яку наведено, значно відрізняється від аналогічної ПГУ на природному газі. Повітря стискається у компресорі до тиску 1,3-1,7 МПа в залежності від типу газотурбінного двигуна. Частка повітря подається до камери згоряння, а частка - у дожимний компресор 12. Продукти згоряння надходять у газову турбіну, яка є приводом електрогенератора, а з турбіни подаються у котел-утилізатор 14. Пара з котлаутилізатора подається в парову турбіну 15. Після 5 56966 конденсації пари в конденсаторі 16 конденсат поступає в котли-утилізатори 4 і 14. Повітря після дoжимнoгo компресору 12 подається до адсорберів для розділення повітря 9. На вуглецевих сорбентах сорбується кисень, а азот під високим тиском змішується з синтез-газом та подається у камеру згоряння газотурбінного двигуна 13. Таким чином використовується енергія стислого азоту, якого у повітрі біля 80%. Кисень десорбується при зниженні тиску до 0,2-0,3 МПа та подається у зрівняльну ємкість 10, а потім - в кисневий компресор 11. Стислий кисень поступає в газифікатор 3. В якості прикладу наводимо результати комбінованої установки (ПГУ на вугіллі) потужністю 2 млн. т/рік, яка працює на донецькому тощому (пісному) кам'яному вугіллі (марки Т) з нижчою теплотою згоряння 27500 кДж/кг. В результаті розрахунків було отримано такі характеристики: Сировини на газифікацію, т/год 250 Первинний (сирий) синтез-газ, т/год 490 Синтез-газ, який очищено, т/год 440 Потужність (корисна) газових турбін, МВт 590 Потужність парових турбін, МВт 390 Потужність кисневого компресору, МВт 30 Електрична потужність нетто, МВт 900 ККД-нетто ПГУ 47 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 При використанні комбінованої парогазової установки за традиційною технологією аналогічної потужності та на аналогічному устаткуванні ККДнетто її становитиме 43%, тобто на 4% менше, ніж на установці, що запропоновано (47%), відносна економія палива становить 9%. При цьому капітальні вкладення знижуються приблизно на 20%. Джерела інформації: 1. Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией и экологические проблемы энергетики. В.М. Масленников, Ю.А. Выскубенко и др. М: Наука, 1983. - 260с. 2. Ольховский Г.Г. Технологии для теплових электростанций. // Теплоэнергетика. - 1999. - №8. С.20-25. 3. Саламов А.А. Парогазовые установки с газификацией топлива и сокращением выбросов СО2. // Теплоэнергетика. - 2005. - №2. - С.78-80. 4. Химические вещества из угля / под ред. Ю Фальбе.. - М.: Химия, 1980. - 516с. 5. Справочник азотчика. 2-е изд. - М.: Химия, 1986. - 512с. 6. Кепсель К. Промышленные области применения короткоцикловой адсорбции при переменном давлении // Технические газы. - 2005. - №2. С.32-36. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601