Спосіб і пристрій для вироблення електроенергії у газо- і паротурбінній електростанції

1. Спосіб вироблення електроенергії у газо- і паротурбінній електростанції за допомогою газогенераторного газу, отриманого із носіїв вуглецю і кисневмісного газу, при якому носії вуглецю газифікують у зоні розплавної газифікації киснем або кисневмісним газом, що має вміст кисню принаймні 95 об. %, переважно принаймні 99 об. %, і отриманий таким чином газогенераторний газ пропускають крізь знесірчувальну зону, що містить знесірчувальний засіб, причому відпрацьований знесірчувальний засіб подають до зони розплавної газифікації і відводять після утворення рідкого шлаку, причому знесірчений газогенераторний газ, переважно після очищення і охолодження, спалюють у камері згоряння разом із чистим киснем і утворені газоподібні продукти згоряння, Н2О і СО2 подають до газової турбіни для вироблення електроенергії, причому газоподібні продукти згоряння після газової турбіни у паровому котлі розділяють на водяну пару і діоксид вуглецю, причому водяну пару подають до парової турбіни, а діоксид вуглецю для регулювання температури принаймні частково повертають до камери згоряння, який відрізняється тим, що у знесірчувальній зоні як допоміжний засіб додатково використовують залізну руду, яку разом із використаним знесірчувальним засобом подають до зони розплавної газифікації, там розплавляють і відводять. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що у знесірчувальній зоні як допоміжний засіб додатко 2 (19) 1 3 95997 4 газу (22) і трубопровід для кисневмісного газу або газу з високим вмістом кисню, в якому частка кисню становить щонайменше 95 об. %, переважно щонайменше 99 об. %, і паровий котел (31) паротурбінної установки, з яким з'єднаний вихід для газоподібних продуктів згоряння газової турбіни (30), і відвідний трубопровід для димового газу (28), причому газифікатор виконаний у вигляді розплавного газогенератора (4) з шаром (12) грудкового вугілля і обладнаний зливним отвором (16, 17) для рідкого шлаку (15), вихід розплавного газогенератора (4) для газогенераторного газу (5) з'єднаний зі знесірчувальним пристроєм, причому знесірчувальний пристрій виконаний у вигляді принаймні одного реактора (1) з рухомим або псевдозрідженим шаром, яка відрізняється тим, що вихід для використаного знесірчувального засобу (21) з'єднаний з розплавним газогенератором (4), а також тим, що відвід для відпрацьованого газу (28) має оснащене регулювальним пристроєм (26) відгалуження, з'єднане з камерою (25) згоряння, причому у паровому котлі (31) газоподібні продукти згоряння після газової турбіни розділяються на водяну пару і діоксид вуглецю, після чого водяна пара може бути підведена до парової турбіни, причому принаймні один знесірчувальний реактор (1) має підвід для заліза і/або залізної руди (2), а розплавний газогенератор (4) додатково має зливний отвір (16) для чавуну (14). 10. Установка за п. 9, яка відрізняється тим, що зливний отвір (16) для чавуну (14) з'єднаний з підводом для заліза і/або залізної руди (2). 11. Установка за п. 9, яка відрізняється тим, що знесірчувальний пристрій виконаний у вигляді каскаду реакторів із псевдозрідженим шаром, причому підвід для тонкоподрібненої руди під'єднаний до першого із реакторів із псевдозрідженим шаром, розміщених каскадом у напрямку переміщення матеріалу, між реакторами із псевдозрідженим шаром передбачені як трубопровідне з'єднання для газогенераторного газу, так і для тонкоподрібненої руди і знесірчувального засобу, відвід для виробленого у розплавному газогенераторі газогенераторного газу виконано у останньому реакторі із псевдозрідженим шаром, підвід використаного знесірчувального засобу, а також підвід попередньо нагрітої і попередньо відновленої тонкоподрібненої руди трубопроводами з'єднані з розплавним газогенератором, а також тим, що у розплавному газогенераторі передбачений зливний отвір для чавуну. Винахід стосується способу вироблення електроенергії у газо- і паротурбінній електростанції, що працює на газогенераторному газі, отриманому методом газифікації із носіїв вуглецю і кисеньвмісних газових сумішей, а також установки для здійснення цього способу. Близько середини XX століття були збудовані перші електростанції з газовою турбіною і утилізацією вихідного тепла у паровій турбіні. В техніці їх називають газопаровими або також електростанціями з комбінованим циклом. Ці електростанції як енергоносій використовують природний газ, який у газових турбінах із задовільним коефіцієнтом корисної дії може бути перетворений у механічну енергію. Завдяки високому ступеню чистоти природного газу можлива експлуатація установок без значних проблем з корозією, навіть зважаючи на високі значення температури лопатей турбіни. Гарячий газ з виходу газової турбіни використовується у під'єднаному далі паровому котлі для вироблення пари високого тиску для застосування у парових турбінах. За допомогою такої комбінації досягаються досі найвищі значення коефіцієнта корисної дії теплових електростанцій. Інші, передовсім тверді види палива, такі як вугілля, для цієї техніки були не придатними. Описана нижче технологія IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle - комбінований цикл з інтегрованою газифікацією) має вирішити цю проблему. При цій технології використовують установку для газифікації вугілля для отримання паливного газу, необхідного для газової турбіни. Шляхом газифікації може бути вироблений чистий газ, який задовольняє вимоги газових турбін. Одначе попередня обробка неочищеного газу, отриманого при газифікації на звичайних газифіка торах, дуже витратна. Мають бути виловлені забруднення у формі пилу. Крім того, слід - в залежності від способу газифікації - видалити усі здатні конденсуватися органічні вуглеводні. Значну увагу слід приділити також сірці, яка при газифікації присутня у вигляді H2S і COS. За допомогою стадії очищення газу може бути досягнута чистота, прийнятна для газових турбін. Відходи - сірка, вугільний пил, а також органічні і неорганічні шкідливі речовини - мають бути відведені через шлюз і подані на надійне захоронення чи знешкодження. Внаслідок цього виникають високі витрати на утилізацію. При відокремленні діоксиду вуглецю для секвестрування внаслідок порівняно низьких концентрацій діоксиду вуглецю у димовому газі необхідні витратні, дорогі і не дуже ефективні установки. Тому за допомогою так званої реакції зміщення монооксид вуглецю перетворюють у діоксид вуглецю, що потребує застосування додаткового вузла установки. Опис IGCC-процесу в концепції фірми Сіменс Розділення повітря: Для газифікації необхідний чистий кисень. Для цього повітря компресором газової турбіни або окремим компресором стискують до 10-20 бар і зріджують. Відокремлення кисню здійснюють шляхом дистилювання при температурах близько -200°С. Газифікація: При цьому виникає не очищений газ, що складається в основному із монооксиду вуглецю (СО) і водню (H2). За допомогою водяної пари CO переводять у CO2 і додатковий водень. Для газифікації твердих видів палива, таких як вугілля чи нафтовий кокс, існують три принципових способи, з яких при IGCC домінує газифікація у потоці: вугільний пил під тиском подають газомносієм, таким як азот, до камери згоряння і в газо 5 генераторі з використанням кисню і водяної пари перетворюють на синтез-газ. Охолодження неочищеного газу: Синтез-газ перед подальшою обробкою має бути охолоджений. При цьому утворюється пара, яку використовують у парових турбінах газо-паротурбінної установки для вироблення електроенергії. Очищення: Після охолодження спочатку фільтри затримують частинки попелу, потім у разі потреби може бути відведений також діоксид вуглецю. Інші шкідливі речовини, такі як сірка чи важкі метали, також зв'язують хімічними чи фізичними методами. Цим досягається чистота, необхідна для експлуатації газових турбін. Згоряння: Очищений від водню газ перед камерою згоряння газової турбіни змішують з азотом із стадії розділення повітря або з водяною парою. Це знижує температуру згоряння і таким чином значною мірою пригнічує утворення оксидів азоту. Утворений при згорянні димовий газ тече на лопаті газової турбіни. Він складається в основному із азоту, CO2 і водяної пари. Шляхом змішування з азотом чи водою питому енергоємність газу знижують до близько 5000 кДж/кг. На противагу цьому природний газ має питому енергоємність в десять разів вищу. Тому для отримання такої ж потужності масовий потік палива через камеру згоряння газової турбіни IGCC-електростанції має бути майже в десять разів більшим. Охолодження відпрацьованого газу: Після зниження тиску димового газу у газовій турбіні і наступного відведення тепла у парогенераторі відпрацьований газ відводять у атмосферу. Парові потоки із установок охолодження неочищеного газу і відпрацьованого газу комбінують і разом подають на парову турбіну. Після зниження тиску у паровій турбіні пару через конденсатор і резервуар для живильної води знову подають до водопарового контуру. Газова і парова турбіни зв'язані з генератором, у якому відбувається перетворення механічної енергії у електричну. Внаслідок високих температур у камері згоряння газової турбіни в результаті реакції з азотом у відпрацьованому газі виникає значний вміст оксидів азоту (NOx), які мають бути видалені вторинними заходами, такими як метод SCR. Інше обмеження для працюючих на вугільному газі газо-парових електростанцій виникає також із обмежених на даний час потужностей наявних на ринку методів газифікації. На ринку добре зарекомендували себе три варіанти способу: - Спосіб нерухомого шару для грудкового вугілля - Спосіб спалювання у вихровій топці для подрібненого вугілля - Спосіб леткого пилу для вугільного пилу Були розроблені численні варіанти цих способів, які, наприклад, працюють під тиском або мають вихід рідкого шлаку і т.п. Деякі з них описані нижче. Газифікація грудкового вугілля: Лургі ( L U R G I ) Цей тип газогенераторів багато десятків років тому став традиційним і використовується у всьому світі для газифікації вугілля. Поряд із кам'яним 95997 6 вугіллям за певної модифікації технологічних умов може бути використане також буре вугілля. Недолік цього способу полягає в утворенні ряду побічних продуктів, таких як смола, шлами і неорганічні сполуки, такі як аміак. Внаслідок цього необхідні витратні операції очищення газу і його обробка. Також треба утилізувати чи знешкодити побічні продукти. До переваг слід віднести тривалий досвід експлуатації таких агрегатів, використовуваних уже понад 70 років. Внаслідок застосування нерухомого шару може бути використане лише грудкове вугілля. Як газифікуючий засіб використовують суміш кисню і/або повітря і водяної пари. Водяна пара потрібна для зниження температури газифікації, щоб не перевищувалася температура плавлення попелу, оскільки цей процес відбувається з утворенням твердого попелу. Це негативно впливає на коефіцієнт корисної дії газифікації. Завдяки використанню зустрічного потоку температурний профіль вугілля від навколишньої температури до температури газифікації досягає якраз над колосником. Внаслідок цього піролізні гази і смола полишають газогенератор разом із неочищеним газом і у наступній стадії очищення мають бути вилучені із газу. При цьому утворюються такі ж побічні продукти, як і при коксуванні. Найпотужніші із цих газогенераторів переробляють близько 24 тони вугілля (daf = dry and ash free, сухий і без попелу) за годину і виробляють 3 близько 2250 м неочищеного газу на тону вугілля (daf). Як побічний продукт утворюється 40-60 кг смоли на тону вугілля (daf). Потреба у кисні стано3 вить 0,14 м на кубометр газу. Робочий тиск становить близько 3 МПа. Час перебування вугілля у газогенераторі становить близько 1-2 годин. Найбільші газогенератори мають внутрішній діаметр 3,8 м. Досі в експлуатації перебувають понад 160 блоків. Склад газу при використанні південноафриканського кам'яного вугілля: CO2 32,0 % CO 15,8% H2 39,8 % CH4 11,8% CnHm 0,8 % Газогенератор із вихровою топкою для подрібненого вугілля Відомі різні конструкції, причому найкраще розробленим варіантом слід вважати високотемпературний газогенератор Вінклера (W in k l e r ) , оскільки він дає тиск близько 1 МПа і працює при вищих температурах, ніж інші вихрові газогенератори. На даний час у експлуатації перебуває два блоки на базі бурого вугілля. Випуск попелу сухий. Одначе продуктивність 1 тона за годину надто низька, щоб покрити потребу в газі IGCCустановки. Звичайний газогенератор Вінклера дає надто низький тиск - близько 0,1 МПа. Продуктивність цього газогенератора становить близько 20 тон вугілля на годину. Газогенератор з відведенням рідкого шлаку для вугілля і фракцій нафти Для одержання відновного газу можуть бути використані також дрібнозернисті носії вуглецю. Спільною відмітною ознакою цих способів є рідкий 7 шлак. На сьогодні використовують такі способи: Спосіб Копперса-Тотцека Як засипку використовують подрібнене вугілля і кисень. Для регулювання температури додають водяну пару. Високу температуру газу використовують для отримання пари. Тиск занизький для IGCC-електростанції. Спосіб PRENFLO Як засипку використовують подрібнене вугілля і кисень. При цьому йдеться про вдосконалення способу Копперса-Тотцека, який здійснюють при тискові 2,5 МПа і може бути придатним для IGCCелектростанцій. Комерційні промислові установки досі не відомі. Спосіб Shell Як засипку використовують подрібнене вугілля і кисень. Цей спосіб теж іще не застосовують комерційно у промислових блоках. Завдяки робочому тискові 2,5 МПа спосіб був би придатним для IGCC-електростанцій. Спосіб Texaco Цей спосіб уже кілька років експлуатують на багатьох блоках. Одначе продуктивність близько 6-8 тон вугілля (daf) на годину занизька для потужних IGCC-електростанцій. Для цього мають паралельно експлуатуватися кілька установок, що означає високі інвестиційні витрати. Це негативно впливає на економічність. Робочий тиск становить близько 8 МПа. Кисневе спалювання ( O xyF u e l ) При цьому способі бажаним є не газифікація, а спалювання. Для цього азот видаляють із повітря шляхом розділення повітря. Оскільки спалювання у чистому кисні призводило б до високих температур згоряння, частину відпрацьованого газу повертають назад і замінюють таким чином атмосферний азот. Відведений відпрацьований газ складається в основному лише із CO2 після конденсування водяної пари і відокремлення шкідливих домішок, таких як SOx, NOx і пил. Хоча для отримання кисню уже здійснюють зрідження повітря у промислових масштабах до 5000 тон кисню на день, що відповідає потребі вугільної електростанції з електричною потужністю 300 МВт, значна проблема таких установок полягає у високих енергетичних витратах близько 250270 кВтг на тону кисню, які зростають з підвищенням вимог до чистоти. Також відсутній надійний шлях утилізації шлаку, що утворюється з вугільного попелу. Спосіб відновлення із розплаву При способі відновлення із розплаву для виготовлення чавуну із вугілля і руд, головним чином залізних руд, утворюються експортні гази різної чистоти і теплотвірної здатності, які можуть бути подані на термічну обробку. Передовсім при способах COREX® і FINEX® експортний газ має якість, ідеальну для спалювання у газових турбінах. Як сірка, так і органічні та неорганічні шкідливі домішки видаляються із газу в ході металургійного процесу. Експортний газ із цих процесів може бути без обмеження використаний для газопарових електростанцій. Установка з комбінованим циклом з газовою турбіною F r a m e 9 Е потужністю 169 МВт будуєть 95997 8 ся фірмою G e n e r a l E l e c t r i c у китайському місті Баошан ( B a o s h a n S t e e l ) біля нової металургійної установки COREX® С - 3 0 0 0 . Ідея поєднання установки COREX® з енергоефективною електростанцією, що працює з комбінованим циклом, не нова. Ще у 1986 році був виданий патент (EP 0 269 609 В1) для цієї форми вкрай ефективного перетворення енергії. У іншому патенті (AT 392 079 В) описаний подібний спосіб, причому шляхом розділення тонкої і грубої фракцій може бути уникнута необхідність перемелювання вугілля. Оскільки для вигідної експлуатації IGCCелектростанції необхідний чистий кисень для газифікації носія вуглецю, можливе інтегроване отримання кисню за допомогою газів згоряння, утворених в установці газифікації. Це описано у німецькому патенті DE 39 08 505 С2. У патенті EP 90 890 037.6 описаний "Спосіб отримання горючих газів у розплавному газогенераторі". Недоліком усіх наведених способів є те, що при згорянні газу у газовій турбіні використовується повітря. Внаслідок цього, з одного боку утворюються неприйнятно великі кількості відпрацьованого газу, які через лімітовану кінцеву температуру у технологічному ланцюгу до котлаутилізатора зумовлюють значні ентальпійні втрати тепла, а з іншого боку внаслідок цього зменшується високий коефіцієнт корисної дії електростанцій з комбінованим циклом. Відпрацьований газ має високий вміст азоту - понад 70 %, що значною мірою утруднює секвестрування CO2 і тому потребує застосування дорогих відокремювальних установок. Хоча при способі кисневого спалювання також і CO2 відводиться безпосередньо у процесі, одначе необхідне очищення газу від шкідливих речовин, яке є дуже витратним. Шкідливі речовини мають бути виведені через шлюз і тому призводять до забруднення навколишнього середовища. Досі ще немає жодної придатної для експлуатації установки. Проблема утилізації шлаку теж іще не вирішена. Задачею винаходу є уникнення і подолання вказаних вище проблем, що виникають у рівні техніки, а також розробка способу вироблення електричної енергії у газо- і паротурбінній електростанції, який уможливлює вироблення енергії з якомога меншою кількістю шкідливих речовин і підвищеним вмістом діоксиду вуглецю у відпрацьованому газі з метою більш економного секвестрування. Зокрема під час процесу усі неорганічні шкідливі речовини, а також органічні сполуки із вугілля мають бути знешкоджені і одночасно шкідливі речовини, що не піддаються розкладу, такі як сірка чи шкідливі складові попелу паливних матеріалів, мають бути залучені до придатних до повторного використання продуктів. Згідно з винаходом ця задача вирішена у способі вказаного вище роду тим, що - носії вуглецю газифікують у зоні розплавної газифікації киснем або кисеньвмісним газом, що має вміст кисню принаймні 95 об.%, переважно принаймні 99 об.%, 9 - отриманий таким чином газогенераторний газ пропускають крізь знесірчувальну зону, що містить знесірчувальний засіб, причому відпрацьований знесірчувальний засіб подають до зони розплавної газифікації і відводять після утворення рідкого шлаку, - знесірчений газогенераторний газ, переважно після очищення і охолодження, спалюють у камері згоряння разом із чистим киснем і утворені газоподібні продукти згоряння, H2O і CO2 подають до газової турбіни для вироблення електроенергії, - газоподібні продукти згоряння після газової турбіни у паровому котлі розділяють на водяну пару і діоксид вуглецю, - водяну пару подають до парової турбіни, а - діоксид вуглецю для регулювання температури принаймні частково повертають до камери згоряння. У переважній формі виконання у знесірчувальній зоні як допоміжний засіб додатково використовують залізо і/або залізну руду, яку разом із використаним знесірчувальним засобом подають до зони розплавної газифікації, там розплавляють і відводять. При цьому залізо, відведене із зони розплавної газифікації, повертають до зони знесірчення. Інша переважна форма виконання винаходу відрізняється тим, що у знесірчувальній зоні додатково використовують залізну руду; там її попередньо підігрівають і попередньо відновлюють, разом із використаним знесірчувальним засобом подають до зони розплавної газифікації, там остаточно відновлюють, розплавляють і відводять у вигляді чавуну. При цьому особливо доцільним є здійснення знесірчення газогенераторного газу, а також попереднє нагрівання і попереднє відновлення залізної руди у двох чи кількох послідовно з'єднаних псевдозріджених зонах, причому залізну руду подають від псевдозрідженої зони до псевдозрідженої зони, а газогенераторний газ пропускають крізь псевдозріджені зони зустрічним потоком відносно залізної руди. У зоні розплавної газифікації встановлюють температуру понад 800°С, переважно понад 850°C. Для усіх стадій продування у процесі використовують CO2 або суміш із CO, H2, CO2. Рідкі шлаки, утворені у зоні розплавної газифікації, використовують переважно для виробництва цементу. Відповідна винаходові установка для здійснення описаного вище способу, яка містить газифікатор носіїв вуглецю, що має підвід для носіїв вуглецю, підвід для кисеньвмісного газу, відвід для рідкого шлаку і відвід для виробленого газогенераторного газу, знесірчувальну установку, що має підвід для знесірчувального засобу, підвід для газогенераторного газу і відвід для очищеного газогенераторного газу, і комбіновану газо-і паротурбінну електростанцію, що має камеру згоряння газотурбінної установки, до якої під'єднаний трубопровід для очищеного газогенераторного газу і трубопровід для кисеньвмісного газу, і паровий котел паротурбінної установки, з яким з'єднаний 95997 10 трубопровід для газоподібних продуктів згоряння газової турбіни, і відвід відпрацьованих газів, відрізняється тим, що - газифікатор виконаний у вигляді розплавного газогенератора з шаром грудкового вугілля і обладнаний зливним отвором для рідкого шлаку, - підвід для кисеньвмісного газу є підводом для кисню або газу з високим вмістом кисню, в якому частка кисню становить щонайменше 95 об.%, переважно щонайменше 99 об.%, - вихід розплавного газогенератора для газогенераторного газу з'єднаний зі знесірчувальним пристроєм, - знесірчувальний пристрій виконаний у вигляді принаймні одного реактора з рухомим або псевдозрідженим шаром, причому вихід для використаного знесірчувального засобу з'єднаний з розплавним газогенератором, - підвід для кисеньвмісного газу є підводом для чистого кисню і - відвід для відпрацьованого газу має оснащене регулювальним пристроєм відгалуження, з'єднане з камерою згоряння. Згідно з переважною формою виконання принаймні один знесірчувальний реактор має підвід для заліза і/або залізної руди, а у розплавному газогенераторі додатково передбачений зливний отвір для чавуну. При цьому зливний отвір для чавуну переважно з'єднаний з підводом для заліза і/або залізної руди. Інша переважна форма виконання установки відрізняється тим, що знесірчувальний пристрій виконаний у вигляді каскаду реакторів із псевдозрідженим шаром, причому підвід для тонко подрібненої руди під'єднаний до першого із реакторів із псевдозрідженим шаром, розміщених каскадом у напрямку переміщення матеріалу, між реакторами із псевдозрідженим шаром передбачені як трубопровідне з'єднання для газогенераторного газу, так і для тонко подрібненої руди і знесірчувального засобу, відвід для виробленого у розплавному газогенераторі газогенераторного газу виконано у останньому реакторі із псевдозрідженим шаром, підвід використаного знесірчувального засобу, а також попередньо нагрітої і попередньо відновленої тонко подрібненої руди трубопроводами з'єднані з розплавним газогенератором, а також тим, що у розплавному газогенераторі передбачений зливний отвір для чавуну. Газифікацію вуглецьвмісних паливних матеріалів або вугілля здійснюють чистим киснем або газом із високим вмістом кисню, щоб газогенераторний газ містив лише монооксид вуглецю, водень і незначні кількості діоксиду вуглецю і водяної пари і щоб був відсутній або присутній у незначних кількостях азот. Шляхом встановлення температури понад 800°C у газозбірній камері розплавного газогенератора після часу перебування газу кілька секунд органічне забруднення газу ефективно зменшується. Для уможливлення подачі сировини від атмосферного тиску до камери високого тиску установки у проміжному резервуарі з так званими перехідними шлюзами ( l n t e r l o c k i n g s ) почергово створюють надлишковий і нормальний тиск. Як 11 95997 інертний газ для цих процесів підвищення тиску використовують зазвичай азот. Одначе як інертний газ для усіх продувок згідно з винаходом використовують переважно CO2 або суміші із CO, H2, CO2 і водяної пари, щоб уникнути внесення азоту чи інших важко відокремлюваних газів. Як газогенератор використовують модифікований розплавний газогенератор, який працює з нерухомим шаром або з частково зрідженим шаром рудок вугілля, причому із вугільного попелу утворюється рідкий шлак. Згідно з винаходом для знесірчення газу передбачено пронизувану газогенераторним газом знесірчувальну камеру або реактор із рухомим шаром, із якої/якого знесірчувальний засіб, наприклад, вапно, після використання подають до розплавного газогенератора для виробництва шлаку, придатного для цементної промисловості. Таким чином можуть бути уникнуті відходи. Цей шлак вбирає в себе також інші шкідливі речовини із попелу використаних матеріалів. Вони залучаються до складу цементу і більше не представляють загрози довкіллю. Згідно з формою виконання винаходу до знесірчувальної зони поряд із знесірчувальним засобом подають частинки заліза або залізної руди, які також зв'язують сірчані сполуки із газогенераторного газу і перетворюються шляхом додавання у газогенераторі до шлаку і рідкого заліза. Випущене через зливний отвір залізо знову може бути пове ® COREX Доменний газ ® FlNEX CO % 35-40 17-20 35-40 H2 % 15-20 1-2 15-20 CO2 % 33-36 20-25 35 Цей газ як газогенераторний газ може бути спалений у газовій турбіні. Уникнення потрапляння азоту у розплавному газогенераторі використовують чистий кисень або газ із високим вмістом кисню принаймні 95 об.%, переважно принаймні 99 об.%. Для зниження високих температур згоряння до оптимального для турбіни діапазону згідно з винаходом використовують зворотний чистий діоксид вуглецю. У газовій турбіні для регулювання температури у камері згоряння використовують CO2, який порівняно з азотом має значно вищу теплоємність і таким чином утворюється менший об'єм газу. Завдяки цьому установки можуть бути меншими і тому дешевшими. Цей CO2 може бути отриманий шляхом зворотної подачі частини димового газу. Завдяки відсутності азоту у газовій паливній суміші (зумовленій застосуванням чистого кисню або газу із вмістом кисню щонайменше 99 об.%) не може утворитися жодна шкідлива сполука формули NOx. Завдяки досягнутому згідно з винаходом дуже високому вмісту CO2 у відпрацьованому газі на виході газової турбіни можливе краще порівняно з азотовмісними відпрацьованими газами використання енергії у під'єднаному далі паровому котлі. Таким чином може бути досягнута більша потужність котлової установки. Інша перевага полягає у тому, що завдяки ме 12 рнуте до знесірчувача і таким чином циркулювати у контурі без значного споживання. До того ж, рідке залізо, що перебуває у камері плавлення розплавного газогенератора, полегшує виведення шлаку, передовсім після зупинок, коли шлак застиг і звичайними засобами більше не може бути розплавлений. Залізо, що перебуває у камері плавлення, може бути розплавлене за допомогою кисню і утворює із застиглим шлаком текучу суміш. Таким чином "захололий" розплавний газогенератор знову може бути введений в експлуатацію. Одначе до знесірчувальної зони можуть бути подані також частинки заліза чи залізної руди, а також домішки, такі як вапно. Випущений чавун може бути звичайним чиномперероблений на сталь. Замість реактора із рухомим шаром для знесірчення може бути застосований також реактор із псевдозрідженим шаром або для вирівнювання часу перебування завантажуваного матеріалу каскад псевдозріджених шарів. Завдяки цьому може бути використаний подрібнений матеріал із розміром частинок до 10 мм. При цьому - як у доменній печі, а також в установках безпосереднього відновлення - утворюється надлишковий газ, який ще має значну кількість енергії (експортний газ). Приклади складу такого експортного газу: CH4 % 1-3 H2S -1 млн 10-70 1-3 10-70 N2 % 4-6 решта 4-6 Hu 3 МДж/м 7,5 3.5-4 7,5 ншому об'єму газу під'єднані далі котелутилізатор, газопроводи і пристрої для обробки газу також можуть бути виконані меншими і тому дешевшими. Концентрування CO2, наявного у відпрацьованому газі парового котла, не потрібна (як вона потрібна при застосовуваних досі способах), оскільки у димовому газі відсутні баластні гази і наявна водяна пара не становить проблеми. Відокремлення наявної у відпрацьованому газі водяної пари може бути здійснене просто і дешево шляхом конденсації різними відомими способами, такими як охолодження розбризкуванням чи опосередкований теплообмін. Отриманий таким чином CO2 може бути шляхом повернення до газової турбіни використаний без суттєвих витрат з одного боку для зниження температури, а з іншого боку - відомим чином поданий на секвестрування. Крім того, при застосуванні відповідного винаходові способу не потрібні витратні операції видалення H2S/COS. Для цього не потрібна установка. Не потрібні також реакція зміщення і використовувані для неї дорогі і енерговитратні установки. Приклад На фіг. 1 представлена форма виконання винаходу. До реактора 1 з рухомим шаром через завантажувальні пристрої подають руду 2 і наповнювач 13 3, такий як вапно. Утворену таким чином шихту 20 зустрічним потоком знепиленого газу із циклону 6 підігрівають, частково кальцинують і частково відновлюють. Потім цю (частково)відновлену шихту 21 вивантажувальними пристроями крізь камеру 13 розплавного газогенератора 4 подають до його шару 12 грудкового вугілля. Шар 12 утворений високотемпературним піролізом носіїв 7 вуглецю, що надходять із бункерів 18, 19, крізь які через дюзи вдувають кисень 40. У цьому гарячому шарі 12 (частково) відновлену шихту 21 остаточно відновлюють і кальцинують, а потім розплавляють з утворенням чавуну 14 і шлаку 15. Температурні співвідношення у шарі 12 наведені на діаграмі на фігурі 1. Чавун 14 і шлак 15 періодично випускають через випускний отвір 16. Згідно з іншою формою виконання шлаки 15 випускають окремо від чавуну 14 через окремий випускний отвір 17 (позначений штриховою лінією). Тоді випущений чавун може бути знову повернутий до реактора 1 як повторно використовуваний знесірчувальний засіб (позначене штриховою лінією сполучення 16а). Неочищений (газогенераторний) газ 5 відводять розплавний газогенератор 4 через верхню частину камери 13 і у циклоні 6 очищають від гарячого пилу 8, який за допомогою підведеного через регулювальний вентиль 41 кисню 40 повертають до камери 13 розплавного газогенератора 4 і там газифікують і розплавляють. Утворений при цьому розплав відбирають від шару 12 і транспортують до ванни розплавленого чавуну і шлаку 14, 15. Знепилений газ 5 з температурою близько 800°C подають до реактора 1 з рухомим шаром, де він здійснює описані вище реакції; там його до термодинамічно попередньо заданого ступеню 95997 14 оксидують і охолоджують. Неочищений експортний газ 22 відводять через верхню частину реактора 1. Оскільки він ще містить пил, його очищують у пиловідокремлювачі 23 і охолоджують у охолоджувачі 39. Останній може бути виконаний таким чином, що значна частина внутрішньої енергії цього газу може бути рекуперована. Очищений і охолоджений газ у компресорі 24 стискають до тиску, необхідного для спалювання у камері згоряння 25 газової турбіни 30, і разом із киснем 40 і стисненим у компресорі 27 димовим газом 28 (в основному діоксид вуглецю) спалюють у камері згоряння 25. Газоподібні продукти згоряння протікають крізь газову турбіну 30, до якої під'єднаний електричний генератор 29. Ще гарячий вихідний газ із газової турбіни 30 подають до парового котла 31. У ньому виробляють гарячу пару, яку використовують у паровій турбіні 32 для вироблення механічної енергії, яку передають на генератор 33. Відпрацьовану пару конденсують у конденсаторі 34 і подають до проміжного накопичувача 36. Конденсатним насосом 37 конденсат знову подають до парового котла 31. Димові гази 28 із виходу парового котла 31 складаються із чистого діоксиду вуглецю і невеликої кількості водяної пари. Вони можуть бути подані для регулювання температури у камері згоряння 25 через регулятор 26 і компресор 27. Решта після конденсації водяної пари може бути подана на секвестрування або без обробки відведена у атмосферу. У разі використання подрібненої руди замість реактора 1 з рухомим шаром може бути інстальований реактор із псевдозрідженим шаром або каскад із принаймні двох реакторів із псевдозрідженим шаром. 15 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 95997 Підписне 16 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601