си
Изобретение относится к газификации углеродсодержащего топлива и получению электроэнергии и позволяет упростить способ. Способ включает газификацию топлива в реакторе в присутствии водяного пара путем косвенного нагрева, очистку полученного синтез-газа от твердых частиц и серы, сжигание первой части очищенного синтез-газа (ОСГ), подачу продуктов сгорания (ПС) в газовую турбину, приводящую в действие электрический генератор. Сжигают вторую часть ОСГ, подают полученные ПС в качестве теплообменной среды в реактор для косвенного нагрева топлива и после прохождения через реактор подают их в газовую турбину. Вторую часть ОСГ сжигают при избытке кислорода. ПС, подаваемые в реактор в качестве теплообменной среды для косвенного нагрева, имеют на входе температуру 850 - 1000°С и на выходе из реактора 750 - 850°С. Температуру ПС перед поступлением в газовую турбину поддерживают около 900 - 1000°С. Выходящие из газовой турбины ПС подогревают путем теплообмена с пС, поступающими из реактора и/или получаемыми при сжигании первой части ОСГ, и подают на следующую стадию газовой турбины. Температуру около 900 - 1000°С ПС перед поступлением в газовую турбину поддерживают путем сжигания части ОСГ. Продукты сгорания, выходящие из газовой турбины, подают на перегрев пара и/или подогрев питательной воды парогенератора. Подводимый на стадию газификации пар получают в результате охлаждения синтез-газа и/или продуктов сгорания, выходящих из газовой турбины, и/или продуктов сгорания части синтез-газа. Получаемый посредством сжигания очищенного синтез-газа дымовой газ смешивают с паром и подают на стадию газификации. 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к газификации углеродсодержащего топлива и получению электроэнергии.
Цель изобретения - упрощение способа.
На фиг. 1 представлена технологическая схема осуществления способа с использованием синтез-газа для получения энергии; на фиг.2 - то же, с расположением генераторов пара в
общем корпусе охладителя; на фиг.З - то же, с несколькими ступенчато включенными газогенераторами.
П р и м е р 1 (фиг.1). Измельченный в мельнице-сушилке 1 уголь попадает через соответственную шлюзовую систему (использующую рабочий газ) в реактор 2 с псевдоор иженным слоем. Газификация угля происходит аллотермически при помощи смеси пара /дымового газа (с преимущественным содержанием пара), которую получают в камере 3 сгорания и через трубопровод 4 направляют в реактор 2. Необходимое тепло реакции подводят посредством косвенного теплообмена с дымовым газом, прох одяшим через теплообменник (змеевик) 5 реактора. Выходящий из реактора 2 через трубопровод 6 синтез-газ освобождают в циклоне 7 и фильтрующих устройствах от пыли. Газ с температурой 800 - 900°С поступает через трубопровод 8 в утилизационный котел 9 и выходит и из него через требопровод 10 для охлаждения в конденсаторе 11 настолько, что можно произвести через трубопровод 12 промывку серы в устройстве 13. Обессеренный газ, выходящий из устройства 13 для промывки направляется через трубопровод 14 в камеру сгорания, в которой его сжигают при избытке кислорода так, что образующийся дымовой газ имеет температуру около 900°С. Этот газ поступает в теплообменник 5 реактора
В реакторе 2 у дымового газа отбирают такое количество тепла, которое необходимо еще для реакции газификации, причем часть тепла поступает за счет парогазовой смеси из камеры 3 сгорания. Выходящий из реактора дымовой газ, имеющий температуру, например, 750 - 800°С, через трубопровод 15 направляют в течлообменную камеру 16, в которой он служит для промежуточного перегрева поступающег из первой ступени 17 расширительной турбины через трубопровод 18 во вторую ступень 19 расширительной турбины дымового газа. Дымовой газ, выходящий через трубопровод 20 из теп- лообменнои камеры 16, вводят с давлением, например 40 бар в первую ступень 17 расширительной турбины. Дымовой газ, выходящий из второй ступени 19 через трубопровод 21 с конечным давлением, например, 1,2 бар
0
5
0
5
0
5
0
5
и температурой, например, 250°С, подводят сначала к теплообменнику 22 для перегрева пара и после этого для охлаждения в утилизационный котел 23 и через трубопровод 24 направляют в подогреватель 25 питательной воды, а затем через трубопровод 26 - в дымовую трубу.
Пар, образованный в утилизационных котлах 23 и 9, поступает в паровой барабан 27, перегревается в теплообменнике 22 и поступает на паровую турбину 28, которая приводит в действие генератор 29. Конденсационное тепло пара с пониженным давлением отводят в теплообменник 30. Конденсат направляют посредством трубопровода 31 в теплообменник 30 (башенную градирню) и через трубопровод 32 - в устройство 33 для обработки конденсата, в которое вводят также через трубопровод 34 конденсат из конденсатора 11. Обработанный конденсат вновь вводят в процесс через трубопровод 35. Для образования пара служит питательная вода, которую подают через трубопровод 36 из подогревателя 25.
Часть пара, вышедшего из парового барабана 27, направляют через трубопровод 37 в камеру 3 сгорания, где пар с дымовым газом, образующимся при сгорании части синтез-газа, поступающий из трубопровода 14, направляют через трубопровод 38 в камеру 3 сгорания и сжигают с воздухом для горения, поступающим из компрессора 39, непосредственно перемешивают и тем самым перегревают.
Сжигание в камере 3 сгорания происходит преимущественно стехиометри- чески, но его можно проводить также и надстехиометрически. В последнем случае свободный кислород служит созданию дополнительного тепла путем сжигания С или СО в реакторе 2. Точно также кислород воздухом можно вводить в реактор 2 через трубопровод для подачи угля (воздух в качестве рабочего газа).
Количество свободного кислорода, необходимого для подачи воздухом в реактор 2, можно в каждом случае оптимизировать (например, чем больше количество кислорода, вводимого с воздухом в процесс, тем больше количество азота в синтез-газе и тем большие размеры должны иметь агрегаты: циклон 7, котел 9, конденсатор 1 и устройство 13, теплообменник в реакторе 2 может быть меньшего размера).
В этих случаях некоторая доля участвует в автотермическом образовании тепла в реакторе, благодаря чему можно оказывать влияние на состав газа. Эта доля настолько мала, что не влияет на его в целом аллотермический характер.
Другую часть синтез-газа из трубопровода 14 можно подводить через трубопровод 40 в теплообменную камеру 16, где его сжигают, дополнительно получая горячий дымовой газ, который смешивают с дымовым газом, поступающим из трубопровода 15, что позволяет поднять температуру дымового газа, подаваемого на первую- ступень 7 газовой турбины, например, до 900-1000 С. Дальнейшее повышение температуры в общем нецелесообразно ввиду термической нагрузки на лопасти турбины.
Турбины расширения, приводимые в действие дымовым газом, вращают, генератор 41, вырабатывающий электрический ток. Кроме того, они могут приводить в действие также компрессор 39, который сжимает, например, до 40 бар воздух для горения, направляемый через трубопровод 42 в камеры 43 и 3 сгорания, причем воздух одновременно нагревают до температуры выше 600°С.
Образовавшийся в камере сгорания дымовой газ поступает в теплообменник 5 для косвенного теплообмена с углем в реакторе 2. Сжигание в камере 43 сгорания выгодно проводить в значительной степени сверхстехиометричес- ки, в результате чего повышают объемное количество газа и вследствие этого увеличивают энергоотдачу ступеням 17 и 19 турбины расширения. Кроме того, газ после выхода из теплообменника 5 через трубопровод 15 еще несет с собой избыток воздуха для сжигания другой части синтез-газа, подаваемого посредством трубопровода 40 в теплообменную камеру 16.
С помощью описанной установки для получения энергии можно достигнут коэффициент полезного действия (мощность на зажимах) в расчете на произведенную работу около 42-45%.
Преимущества комбинированной электростанции по сравнению с традиционны
ми, работающими на угле установками с обессерийанием дымового газа, заключаются в следующем: повышенный коэффициент полезного действия; более низкая стоимость производства электри- ческого тока; существенное снижение потребности в воде; более низкие потери тепла; возможность расположения установки вблизи районов с защищаемой окружающей средой.
Если газификацию в реакторе 2 ведут при температуре 700 - 800°С и давлении около 40 бар, можно получать
r на тонну угля около 3200 ма газа следующего состава, об.%: Н i 58, СО 2, СО 2 30, СН. 10. Путем промывки С0г можно удалить долю СО г и повысить долю Н2и СН4 до 83 или 14 об.%,
0 благодаря чему можно отк азаться от конверсии, которая необходима в случае газа, получаемого автотермической газификацией. Тот факт, что для проведения газификации не требуется
5 кислород, является еще одним существенным преимуществом перед автотермическим способом. Для сжигания в камерах горения требуется около 1/3 количества газа, в результате чего для
0 сжигания в теплообменной камере 16 или для других целей остается в распоряжении приблизительно 2000 м газа на 1 т угля.
Пример 2 (фиг.2). Уголь
подают в сушилку-мельницу 1, затем вдувают его в реактор-газогенератор 2, в котором его газифицируют с помощью водяного пара в псевдоожиженном слое до 97%. Водяной пар подают в
газогенератор с температурой 850 С, после того как он прошел через теплообменник 44 в камере 3 сгорания. Необходимое для проведения газификации тепло подводят в реакционную
камеру через теплообменник 5. Золу, а также остаточный углерод (не сгоревший уголь) через барабанный затвор 45.
Неочищенный газ, выходящий нз газогенератора через двя циклона 46 и 47, охлаждают на участке охлаждения неочищенного газа, в теплообменниках . 48-54, а также в охлаждающем устройстве 55, при этом содержащийся в неочищенном газе водяной пар конденсируют, а тепло испарения используют. Конденсат направляют в устройство для водоподготовки и через устройство подготовки питательной воды он посту
пает вновь в процесс, в результате чего до минимума сокращается расход технологической воды. Теплообменники 48 - 53 используют для получения пара 25 бар или пара 3,6 бар. Неочищенный охлажденный газ направляют в устройство 13 для промывки, которое работает по окислительному способу. Содержащийся в неочищенном газе H2S превращают с помощью воздуха непосредственно в серу. Серу можно удалять в твердом виде.
Через теплообменники 54 и 56 часть очищенного газа (синтез-газ) попадает в горелку камеры 3 горения. В этой камере горения синтез-газ сжигают с поступающем из ступеней 57 и 58 компрессора воздухом, чтобы после того как рециркулирующий неочищенный газ или пар, нагретый в теплообменниках 59 или 56 до 850 С, направить с температурой 950 С в теплообменник 5 реактора 2.
Смесь воздуха с дымовым газом выходит из теплообменника 5 с температурой 800°С. После прохождения через теплообменник 56 эта смесь при 760°С попадает на первую ступень 17 турбины расширения, где происходит снижение давления с 20 до 7,5 бар.
Отработанный газ из первой ступени 17 попадает в камеру 60 сгорания перед второй ступенью. Камеру горения нагревают другой частью синтез- газа и в ней происходит промежуточный нагрев. Во второй ступени 19 турбины давление пара снижается до 3 бар. В камере 61 сгорания остаток синтез- газа сжигают с остатком кислорода дымового газа из второй ступени 19 турбины. В третьей ступени 62 турбины давление газа снижают до 1,05 бар.
Дымовой газ, выходящий из ступени. 62 расширения с температурой около 600°С, поступает в охладитель 63 дымвого газа с теплообменниками 64 - 68 В теплообменнике 65 получают пар высокого давления (45 бар), который перегревают в теплообменнике 64 до 480°С. В теплообменнике 67 получают пар низкого давления (3,6 бар). Дымовой газ выходит из охладителя 63 за теплообменником 68 (экономайзером). Пар высокого и низкого давления и теплообменников 64 и 65 направляют в турбину 69. Эта паровая турбина, а также ступень 17 приводят в действ ступени 57 и 58 компрессора. Обе
а
15847578
ступени газовых турбин 19 и 62 соеди0
5
0
5
30
35
40
45
50
нены с генератором 70. Конденсат из газовой турбины 69 охлаждают на градирне 71 и насосом возвращают в циркуляционную систему.
Из соображений строительства и эксплуатации величину и мощность газогенератора, описанных в примерах согласно фиг.1 и 2, можно ограничить, вследствие чего будет ограничено производимое количество энергии или
мощность электростанции. Способ можно без труда распространить применением нескольких газогенераторов на большую производственную мощность.
Пример 3. Установка содержит несколько газогенераторов 72 - 75, снабженных камерами 76 - 79 горения и теплообменниками 80 - 83.
Смесь воздуха с дымовым газом, выходящая из первого газогенератора 72, поступает в камеру 77 горения второго газогенератора 73 с температурой 800 С. В этой камере горения смесь воздуха с дымовым газом вновь нагревают путем сжигания части синтез-газа, дымовой газ и пар нагревают до 880°С и дымовой газ с еще большим содержанием кислорода подают в теплообменник 81 второго газогенератора с температурой 950°С. Этот процесс можно повторять при использовании расчетных данных для других газогенераторов 74 и 75. т.е. в совокупности применять, например, четыре раза. Четыре газогенератора включены тем самым в отношении подачи топлива и отвода синтез-газа параллельно, а в отношении подвода дымового газа к теплообменникам - последовательно
Дымовой газ, выходящий из последнего теплообменника 83 с содержанием 0 6%, направляют в турбину 84 расширения. Эта турбина приводит в , действие компрессор 85 для воздуха. Избыточную энергию можно отводить наружу (в сеть). Дымовой газ, сохраняющий еще высокую температуру (около 350°С), служит для образования пара.
Образовавшийся синтез-газ вводят в камеру сгорания газотурбинной установки (после проведения обессерива- ния), Производство электрического тока при помощи этой комбинированной установки аналогично изображенной на фиг.2.
В таблице представлен состав полученного синтез-газа.
Если установку эксплуатируют с
с меньшей мощностью, можно производить избыточный синтез-газ, который при помощи другого компрессора напраляют в ресивер (не изображен) при давлении, например, 200 бар. В случа необходимости резкого повышения производства электрического тока синтез газ подают из ресивера в камеру сгорания газовой турбины, которая начне тогда работать в повышенном режиме. Емкость ресивера должна быть такой, чтобы газификаторы можно было бы также вновь перевести на работу на полной мощности.
Синтез-газ, полученный газификацией угля, можно также (поскольку его не сжигают для нагрева реактора) применять в качестве технологическог газа для проведения последующих процессов. В случае такого изменения способа отпапо бы сжигание остаточного синтез-газа в теплообменной 16 камере, подводимого через трубопровод 40, и вместо этого нужно было бы присоединить к трубопроводу 40 трубопровод для подвода технологической воды последовательно включеной ступени процесса. Дымовые газы, выходящие из змеевика-теплообменника реактора 2 через трубопровод 15, применяли бы для совершения работы в турбинах, которые и далее могут служить для производства электрического тока или для приведения в действие компрессора.
Не сгоревший избыток синтез-газа можно применять в качестве газа в городских сетях газоснабжения. Полученный в реакторе 2 газ соответствуе по своей теплотворной способности после промывки С0й требованиям,
0
5
0
5
0
5
0
5
0
5
которые предъявляются к городскому газу, причем этот газ не нуждается в дополнительной обработке и метани- зации.
Производство губчатого железа.
Образующийся газ после промывки СО вводят в циркуляцию восстановительного газа восстановительного реактора для губчатого железа.
Циркуляция восстановительного газа проводится через расположенный в теплообменной камере 16 змеевик теплообменника н благодаря этому производится нагрев дымовыми газами, выходящими из реактора 2, в результате косвенного теплообмена.
При производстве стали образующийся газ направляют через трубопровод 40 в восстановительный реактор, через который его пропускают один раз. Образующийся в восстановительном реакторе колошниковый газ можно направлять в теплообменную камеру 16 и там сжигать, что позволяет получать дополнительный горячий дымовой газ для его использования в ступенях 17 и 19 турбины расширения. Выработанным в генераторах 29 и 41 электрическим током можно плавить в электро- дуговс;й печи губчатое железо вместе со скрапом. Таким образом, можно создать министалелитейный завод, который можно использовать в регионах с качественно плохим скрапом и электроснабжением, причем такой минизавод особенно выгоден с точки зрения защиты окружающей среды.
Кроме того, получаемый в реакторе 2 газ особенно пригоден для метаниза- ции или для непосредственного превращения в метанол.
Синтез-газ может быть использован для получения аммиака, для чего предусматривают два газификатора. Отводимый из каждого газификатора синтез-газ частично направляют в рециркуляцию для использования содержащегося в нем водяного пара в качестве технологического пара. Остальную часть синтез-газа применяют для промывки серы, после чего подают на молекулярные сита, чтобы отделить от синтез-газа водород. Остающийся синтез-газ, состоящий преимущественно из СО, вводят в камеру горения, чтобы использовать дымовой газ для косвенного нагревания газификаторов.
От отводимого из второго газификатора дымового газа отбирают часть газа и направляют в камеру горения5 где его стехиометрически сжигают с частью синтез-газа, поступающего с молекулярного сита, в результате чего образующийся дымовой газ в основном содержит только N-г. и СОя. После проведения охлаждения углекислый газ удаляют промывкой окиси углерода. Остающийся азот смешивают с водородом с молекулярного сита и сжимают компрессором до 200 бар, нагревают и направляют в контактную печь, где в результате реакции водорода с азото образуется аммиак, который затем вымывают промывкой Ш Полученный аммиак приводят во взаимодействие с серой5 имеющейся после проведенного обессеривания синтез-газа, для образования сульфата аммония.
Таким образом, можно создать завод искусственных удобрений, безопасный для окружающей среды, который, кроме того, может производить пар или энергию.
Преимущество предлагаемого способа в том, что полученный газификацией синтез-газ уже очищен и из него удалена сера, дымовой газ, образующийся при последующем сжигании газа, больше не требует очистки. Принимая во внимание тот факт, что объемное количество синтез-газа существенно меньше объемного количества дымового газа, то соответственно меньше издержек, связанных с обеспыливанием и обессе- риванием газа, В то время как при не
посредственном сжигании угля образует. 40 лива и после прохождения через реактор подают их в газовую турбину.
ся дымовой газ с высокой долей N0, при газификации угля происходит за счет существенно низких температур в газогенераторе значительное подавление окиси азота, при этом последующе сжигание синтез-газа можно вести таким образом, что образование окиси азота будет существенно меньшим, чем при сжигании угля. Поэтому спосо согласно изобретению очень выгоден с точки зрения охраны окружающей среды. Электростанция, работающая по предлагаемому способу, может использовать полностью или частично также в значительной степени вредные топлива. В реактор можно вводить, в частности, твердые бытовые или промышленные отходы, отработанное масло или т.п., причем при соответ
0
ствующем . примешивании угля. Содержащиеся там вредные вещества остаются большей частью в удаляемом из реактора твердом шлаке. Поскольку они, переходят в получаемый газ, то их отделяют при очистке газа еще перед сжиганием, так что отпадает необходимость в проведении очистки дымового газа. Работающая по предлагаемому способу электростанция может функционировать непосредственно в жилом районе или вблизи последнего, что является выгодным с точки зрения объединения энергии с теплом.
В качестве топлива применяют твердый и/или жидкий горючий отходящий продукт, как мусор, старое масло
и т.п. углем.
в данном случае- в смеси с
Формула изобретения
сжигают вторую часть очищенного газа, подают полученные продукты сгорания в качестве теплообменной среды в реактор для косвенного нагрева топлива и после прохождения через реак
тор подают их в газовую турбину.
в газовую турбину поддерживают около 900-1000СС.
10
сгорания, выходящие ич газовой турбины, подают на перегрев пара и/или подогрев питательной воды парогенератора.
и подают на стадию газификации.
Фиг.1
Редактор А.Шандор
Составитель Р„Горякнова
Техред М.Дидык Корректор Н,Ревская
Заказ 2267
Тираж 443
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская на0., д, 4/5
lib 45
Подписное
| Установка для переработки угля и получения электроэнергии и газа | 1975 |
|
SU1058509A3 |
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
