Установка для переработки угля и получения электроэнергии и газа Советский патент 1983 года по МПК C10J3/00 F01K23/00 

Изобретение относится к установ кам для переработки угля и получени из него твердых и газообразных про дуктов для производства электроэнер гии и газа. Известна установка для пёреработ ки угля и получения электроэнергии и газа, содержащая устройство для измельчения угля, устройство для газификации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топкой для сжигания кокса, паровую турбину и устройство для очистки полученного газа 1 . Недостатком известной установки является нестабильная работа в результате неравномерного потребле- ния электроэнергии, несогласованного с производством. Кроме того, производительность установки ограничена и должна быть согласована с производительностью парогенератора. Недостаточно высокий КПД установки, в уастНости, обусловлен тем, что требуется затратить топливо для -нагрева воздуха поступающего в топку парового котла Цель изобретения - обеспечение стабильной работы, повышение производительности и общего КПД уставовУказанная цель достигается тем, что установка, содержащая устройство для измельчения угля, устройство для газификации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топкой для сжигания кокса, паровую тур бину и устройство Для. очистки полученного газа, дополнительно содержит устройство дляОЧИСТКИ полученного газа от .соединений серы и газотурбинную установку, подсоединенную на входе через распределитель газа к газовой сети и/или на выходе к топке парогенератора. Предлагаемая установка стабильно работает в случае неравномерного потребления электроэнергии з-а счет перераспределения газа, который можно подавать в газовую сеть или к газовой турбине, или к парогенера тору. В случае отключения газовой турбины газ можно подавать в топку парового котла. КПД установки повышается за счет того, что газы, выходящие из камеры горения газовой турбины, имеют температуру приблизительно 420 С и высокое содержание кислорода. Эти , газы подают в качестве кислородсодержащего газа в камеру горения кок са парогенератора и теплосодержание дымовых газов используется для парообразования, что повышает КПД ус.тановки с 37 до 45%, На чертеже представлена схема предлагаемой установки. Установка содержит бункер 1 для угля, устройство 2 для отделения пыли, мельницу 3, реактор 4 для окисления угля, Пароотделнтель 5, Камеры 6 для газификации угля, воздуходувную машину 7, воздухонагреватель 8, ,подсоединенный трубопроводом 9 к реактору 4 для окисления- угля, который соединен с сепаратором 10для отделения угольной пыли от воздуха Камера 11 сгорания парогенератора подсоединена трубопроводом 12 к сепаратору 10. В камере б для газификации топлива подсоединен трубопровод 13 для подачи газа через компрессор 14 и воздухонагреватель 15. К камере б газификации подсоединен сепаратор 16 для разделения газа и кокса, промежуточный бункер 17 с пневматической системой 18, к которой подается газ после электрофильтра 19 через компрессор 20 и трубопровод 21. К сепаратору 16 подсоединен теплообменникутилизатор 22, смоло- и пылеотделитель 23 с трубопроводом 24 для отвода смолы и остаточного кокса, теплообменник-утилизатор 25, компрессор 26, устройство 27 для очистки газа от сернистого водорода, установка 28 Клауса и установка 29 для гранулирования серы с бункером 30 серы. Устройство 31 для разделения углеводородов подсоединено к устройству 27 для очистки газа от сернистого водорода и через распределитель 32 к камере 33 сгорания газовой турбины 34. К камере 33 сгорания подсоединен воздушный компрессор 35. Газовая 34 трубопроводом 36 подсоединена в камере 11сгорешия парогенератора. Электрофильтр 19 трубопроводом 37 подсоединен к камере 11 сгорания, из которой зола отводится в бункер 38. Устройство работает следующим образом. Уголь, поступающий из рудника или шахты, загружается в бункер 1 и через устройство 2 для отделения пыли подается к мельнице 3.В отличие от известных установок размолотая угольная пыль в носится из мельниц не воздухом, что из-за возможности воспламенения ограничивает температуру смеси воздух-угольная пыль до приблительно 130 С, а дымом который забирается из парогенератора электростанции на угольном топливе и в случае необходимости подвергается мгновенному окислению в реакторе 4. Этот содержит незначительное количество кислорода и носит тем самым характер инертного газа. Содержащаяся в угле влага выпаривается дымом и выводится из процесса совместно с инертным газом в пароотделителе 5.

Угольная пыль подается в установку для переработки горючего, которая, состоит в основном из реактора 4 для быстрого окисления и камеры 6 для газификации.

После прохождения смеси угольной пыли через пароотделитель 5 угольная пыль поступает в реактор 4 для быстрого окисления. Здесь к угольной, пыли подается через воздуходувную машину 7 воздух, нагретый .в воздухонагревателе 8 парогенератором электростанции, по трубопроводу 9. Воздухонагреватель 8 может находиться и вне парогенератора и/или нагружаться другими носителями тепла в качестве газа котлов. После предварительного окисления смесь угольной пыли отделяется от воздуха в сепараторе 10. Этот воздух через трубопровод 12 подается в камеру 11 сгорания парогенератора. Так как вносимая им угольная пыль сгорает в камере сгорания для получения электроэнергии, т.е. не теряется, то КПД сепаратора 10 не имеет большого значения. Отделенный от воздуха уголь затем подается к камере или камерам 6 газификации. Здесь осуществляется ч:астичная гази фикация горючего. В этом месте водяной пар может вдуваться в угольную смесь, если необходимо увеличит расход газа, . часть углерода должна быть дополнительно газифицирована. Этот водяной пар можно было бы брать из реактора в.ысоких температур. В этом месте .при косвенном нагреве можно было бы однако брать тепло гелия из реактора высоких температур для процесса переработки топлива. На схеме изображена подача тепла для переработки горючего при помощи газа, который подается через компрессор 14 и воздухонагреватель 15 в парогенератор электростанции на угольном топливе, а через трубопровод 13 часть т ебуемого тепла подается к камере 6 (или камерам) газификации.. Воздухонагреватель 15 может быть расположен вне парогенератора и/или нагружаться другими носителями тепла в качестве газа котлов. В сепараторе 16 кокса и газа отделяется полученный газ от коксовой пыли. Коксовая пыль через промежуточный бункер 17 при помощи пневматической системы 18 подается для поджигания пароген.ератора, причем в качестве носителя может использоваться инертный газ, например дым. Этот газ забирается за электрофильтром 19 и через компрессор 20 и трубопровод 21 подается к пневматической системе 18. Качество разделения в сепараторе 16 достаточно для загрузки смоло- и пылеотделителя 23. Газ отдает свое тепло в

теплообменниках-утилизаторах 22 и . 25, например паросиловой установке и электростанции на угольном топливе . Смолоотделение между тем происходит в благоприятном диапазоне температур. Через трубопровод 24 отделенная смола и остаточный кокс также подаются к камере 11 сгора.ния парогенератора. Очищенный и охлажденный газ через газовый компрес0сор 26 подается к устройству 27 для очистки газа от сернистого водорода. Здесь сернистый водород вьщеляется из газа и подается к установке 28 Клауса, установке 29 для гра5нулиро:вания серы,и, наконец, к бункеру 30 серы. В J cтpoйcтвe 31 происходит отделение верх-них углеводородов так, что в распоряжение поступает газ, который через распределитель 32 может быть выделен в качестве синтез-газа или в качестве метана, или для дальнейшего конвертирования при помощи водяного пара и тепла из реактора высоких температур. Так как при определенной мощ5ности электростанций на угольном топливе, например, 690 МВт и соответствующей мощности газотурбинного процесса, например, 110 МВт, в зависимости от используемого сорта

0 угля, получается больше газа, то этот газ, в если он не выводится наружу, может быть использован либо в другом открытом газотурбинном процессе, чье тепло исполь5зуется для теплоцентрали, либо по-дан парогенератору для сжигания. В дополнительной, газотурбинной установке, которая состоит из воздушно(го компрессора 35 камеры 33 сгора ния газовой турбины и газовой тур0бины 34, часть газа сжигается.Так как, в зависимости от допустимой входной температуры газовой турбины, это сгорание должно происходить с высоким избытком Воздуха, выход5ной газ из газовой турбины поступает с температурой и избытком остаточного воздуха в камеру 11 сгорания парогенератора по трубопроводу 37. Летучая зола, отделяемая

0 в электрофильтре 19 парогенератора через трубопровод 37, вновь подается к парогенератору и в этой камере расплавляется и затем - как это принято в настошдее время - осаждается

5 в гранулированной форме. Через бункер 38 гранулят угольной золы с гранулированной серой может поступать на горное предприятие.

Для обессеривания нет необходи0мости переводить все горючее в газообразную форму, так как содержащаяся в угле сера при обезгаживании переходит преимущественно в полученный газ и обессеривать нужно лишь

5 этот газ. Газификация угля могла бы

происходить только при использовании угля, так как в противном случае получились бы высокие расходы на получение кислорода, что является неэконог ич,ным. Наряду с водородом, углеводородами и моноокисью углерода это. привело бы к высокому содержанию азота .и не только к га-, ЗУ с низкой теплотворной способностью, но потребовало бы для обеспечения газа дорогостоящей установки. В предлагаемой установке из угля получаются только водород/ углеводороды, незначительное количество моноокиси углерода и соединенной с водородом серы.

Нет необходимости предъявлять к углю особых требований, например, незначительную спекаемость, определенное содерхсание летучих составляющих и т.д., можно использовать любой каменный или бурый уголь.

Полученный в зависимости от разделения устройства обвзгаживания и устройства газификации частично высококалорийный газ может использоваться для газотурбинного процесса, предшествующего паросиловому процессу, в результате чего преимущества объединенной паросиловой и газовой турбины ведут к более высокому КПД, чем у обычных угольных турбин и, , кроме того, уменьшают инвестиционные расходы.

Полученный газ может использоваться в качестве промышленного газа, например синтез-газа, для химической промышленности или для восстановления руды, он может использоваться отчасти .также в качестве высококалорийного газа для общего обеспечения.

Возникающий при переработке твердый продукт (коксовая пыль) объединяет в этой форме всю приносимую углем золу, которую можно отделить при сжигании угольной пыли в камере сгорания парогенератора, вьтолненной в качестве плавильной камеры.

Паротурбинная электростанция отдельно от получения газа, обессеривания и газотурбинного ,процесса может работать в качестве обычной электростанции. Величины использования всех последовательно включенных установок тем самым уменьшают расходы установки для получения тока. Это дает существенно преимущество в сравнении с известной установкой, которое особенно заметно при использовании реактивов высоких температур.

Процессы получения газа и обессеривания должны быть отделены от собственцо электростанции, чтобы электростанция на угольном топливе могла быть построена раньше с учетом послодующего использования установки

для получения газа и обессеривания и работать первое время на обеднен ном серой угле.

Газотурбинный и паросиловой процессы должны быть также отделены 5 один от другого. Для случая.выключенного состояния газовой турбины, как и для случая нежелательной отдачи полученного газа в качестве промышленного газа или для общест0 венных целей, этот газ может подаваться парогенератору для сжигания и тем самым получения тока. Преимущество обегссеривания угля сохраняет силу.

5 Соединенная с водородом сера может быть превращена в элементарную серу, например, в расплавленной, гранулированной или штучной форме и совместно с гранулированным угольQ ным шлаком из парогенератора может быть возвращена на горное предприятие.

Предлагаемая установка позволяет также разъединять тепло из реакто5 ров высоких температур для процессов обогащения и переработки. Предложенное соединение реакторов высо.ких температур с электростанциями на угольном топливе обеспечивает решение проблемы получения газа при помощи ядерной энергии, при одновременном решении проблемы удаления золы, обессеривания и получения электрической энергии с высокой экономической эффективностью.

5 Предлагаемая установка отделена также и от реактора высоких температур с возможностью эксплуатации, т.е. могут быть разработаны несколько электростанций на угольном топ0 ливе, объединенные в один блок, с обогащением и переработкой горючего в горючее с объединенным содержанием серы, причем потребность в тепле, покрываемая дымом парогенератора,

5 для обогащения и переработки горючего покрывается затем одним или несколькиМ:и реакторами высокой температуры.

Обогащение горючего, а также

Q переработка исходного носителя энер- гни (угля в газообразный продукт) делает возможным экономичную транспортировку -этого носителя энергии в области безполезных ископаемых . для переработки там в электрическую

энергию или для другого использования.

В предлагаемой установке вследствие переработки угля в различные газообразные и твердые продукты в

0 любое время может происходить согласование соответствующего потребления тока и газа.

Ископаемое топливо служит в ка.честве накопителя энергии и может в

5 результате-увеличения мощности в

месте обогащения н переработки кратковременно покрывать максимальную потребность в гаае без необходимости накапливать его.

Обычная в настоящее.время технология, Согласно которой уголь в паротурбинных электростанциях превращается в электрическую энергию, ведет совместно С раходами угля к высоким расходам для получения электрической энергии, которые не .могут конкурировать с ядерной энергией. К этому следует добавить,.что в настоящее время способ обессеривания дыма опробован в недостаточной степени, чтЪбы не смог удовлетворить требованиям эащиты окружакН щей среды в части подавления 5О :эмиссии. Способ обессеривания, кроме того, более чем на 20% превьшает расходы на производство электрической энергии. Вследствие растущего уменьшения жидких и газообразных носителей энерги все .большее значение для производства газа в электрической, энергии придается твердым полезным искЪпаемьв4. Для этого требуется установка, которая позволяет при незначительных инвестиционных расходах осуществлять получение газа и электроэнергии со сравнительно большим КПД и, кроме того, не требовать значительных затрат на

обессеривание горючего (как это было при обессе|ривании дыма) .

Так как предлагаемая установка для улучшення процесса получения электроэнергии из угля при одновре- , менном обессеривании и связана с

удалением газа и в случае необходимости с газификацией горючего, то предоставляется возможность использовать не только прокололенный газ, {Полученный таким образом, или газ (для общего пользования, но и другие продукты газификации, например бензол. Необходимость изготовления больших количеств прсжлышленного газа или газа для общего обеспечения обуславливает получение тепла из реакторов высоких температур для обообогащения и переработки горючего и улучшение эффективности всего способа благодаря более дешевому теплу из реакторов высоких температур.

Использование получаемого кокса в качестве горючего в парогенераторе уменьшает соотношение С/П полученного газа в количестве, сравнимом с испольэованием нефти.

Дополнительно можно газифицировать часть полученной коксовой пыли с водяным паром путем частичного сжигания их или подачи тепла снаружи , например тепла из ядерной энергии.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБО УГЛЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИ ГАЗА, содержаьчая устройство для измельчения угля, устройство для гази-1 фикации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топкой для сжигания кокса, паровую турбину и устройство для очистки полученного газа, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения стабильной работы, повышения производительности и общего КПД установки, она дополнительно содержит устройство для очистки полученного газа от соединений серы и газотурбинную установку, подсоединенную на входе через распределитель газа к газовой сети и/или на выходе к топке парогенератора. 3S