КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ

КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ


RU (11) 2105040 (13) C1

(51) 6 C10J3/20, C10J3/18 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95104568/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.03.29 
(45) Опубликовано: 1998.02.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. SU, патент, 1584757, кл. C 10 J 3/00, 1990. 2. SU, авторское свидетельство, 1744101, кл. C 10 J 3/20, 1992. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "НовосибирскНИИхиммаш"; Акционерное общество открытого типа "Западно-Сибирский металлургический комбинат" 
(72) Автор(ы): Кореньков В.И.; Кустов Б.А.; Попов Ю.С. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "НовосибирскНИИхиммаш"; Акционерное общество открытого типа "Западно-Сибирский металлургический комбинат" 

(54) КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПЛАЗМОТЕРМИЧЕСКОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ 

Использование: для выработки электрической и тепловой энергии, производства сжиженных и газообразных углеводородсодержащих продуктов из угля в любой отрасли промышленности. Сущность изобретения: парогенератор 4 установлен внутри плазмотермического газификатора 3 и гидравлически связан с паровой турбиной первой паротурбинной установки 6, с узлом 1 подачи угля и с первым плазмотроном 5. Парогенератор 18 установлен внутри котла-утилизатора 17 под газовой горелкой 19 для сжигания синтез-газа и гидравлически связан с паровой турбиной второй паротурбинной установки 20, узлом 1 подачи угля и вторым плазмотроном 5. Оба парогенератора гидравлически связаны с контуром 30 утилизации тепла. Выхлоп 25 газовой турбины газотурбинной установки 23 расположен внутри котла-утилизатора 17 в зоне действия пламени его газовой горелки 19 и гидравлически связан через теплообменник парогенератора 18 и дымосос 27 с дымовой трубой 28. Система очистки синтез-газа имеет первую ступень 10 - мокрую и вторую ступень 14 - сухую. Ступени связаны с плазмотермическим газификатором 3 при помощи пароэжектора 8, а между собой - с помощью газодувки 13. Установка может работать в трех режимах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к энергетике, в частности, к комбинированной парогазовой установке с плазмотермической газификацией угля, предназначенной для выработки электрической и тепловой энергии, производства сжиженных и газообразных углеводородсодержащих продуктов из угля.

Изобретение может быть использовано в любой отрасли, включая химическую и металлургическую промышленность, т.е. любую отрасль, в которой есть потребность в электроэнергии, тепле или синтез-газе.

При решении региональных задач вопрос о выборе технологии по переработке местного сырья часто решался в пользу той технологии, в которой при малых капитальных и эксплуатационных затратах обеспечивалась максимальная прибыль от перерабатываемого сырья. Однако ухудшение экологической ситуации в мире диктует новые требования, по этой причине ни одна из существующих технологий не может экономически выгодной, если она не обеспечивает требования экологии. По этой причине прямое сжигание угля на ТЭЦ в других аналогичных установках стало экономически невыгодным и нецелесообразным из-за большого количества выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией угля частично решают эту проблему и поэтому рассматриваются сегодня как одно из перспективных направлений по снижению удельного расхода тепла на выработку электроэнергии в экологически чистых системах.

Однако плата за экологически чистую технологию сжигания угля в вышеуказанных установках пока очень велика, к тому же они имеют худшие параметры: удельный расход в парогазовых установках с внутрицикловой газификацией угля на 15 - 20% выше, чем в обычных установках.

Известна установка для получения электроэнергии из углеводородсодержащего топлива способом, включающим 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, подачу продуктов сгорания в газовую турбину для выработки электроэнергии, в которой с целью упрощения процесса сжигают вторую часть очищенного синтез-газа и подают полученные продукты сгорания в качестве теплообменной среды в реактор для косвенного нагрева топлива, а после прохождения через реактор направляют в газовую турбину [1]. Причем вторую часть очищенного синтез-газа сжигают при избытке кислорода, температуру продуктов сгорания, подаваемых в реактор в качестве теплообменной среды, поддерживают на входе в интервале 850-1000oC, а на выходе -750-850oC, в то время как температуру продуктов сгорания на входе в газовую турбину обеспечивают в интервале 900-1000oC за счет сжигания части очищенного газа. Далее продукты сгорания от газовой турбины подают на перегрев пара или подогрев питательной воды парогенератора. Пар, подводимый на стадии газификации, получают в результате охлаждения синтез-газа или продуктов газовой турбины, или же продуктов сжигания части очищенного синтез-газа, в то время как полученный дымовой газ смешивают с паром и подают на стадию газификации.

Вышеуказанный способ имеет ряд существенных недостатков.

Осуществить косвенный нагрев газифицируемого угля трудно и пока не удалось ни в одном промышленном газификаторе. Сама схема получения электроэнергии и синтез-газа недостаточно гибка и сложна в управлении. Обеспечить оптимальный режим сразу четырех агрегатов, сидящих на одном валу (электрогенератор, воздушный компрессор и две ступени газовой турбины), практически невозможно, тем более, что косвенный подогрев продуктов сгорания перед второй ступенью газовой турбины продуктами сгорания первой ступени еще и невыгоден энергетически.

Известна другая энерготехнологическая установка с плазменной переработкой низкосортного твердого топлива, включающая две паровые и одну газовую турбины с электрогенераторами, плазмотермический газификатор с узлом подачи угля, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовый компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов [2].

Последний подключен к плазмохимическому реактору низкосортного топлива, который последовательно соединен с закалочным аппаратом кипящего слоя со встроенными поверхностями нагрева и турбогенератором для выработки электроэнергии.

Эффективность данной установки повышена за счет выдачи более дорогих продуктов - ацетилена и серы. Однако издержки от плазмохимического реактора для газификации твердого топлива при такой схеме также велики и не могут быть скомпенсированы только за счет повышения стоимости получаемого продукта, причем сравнительно дорогим способом. К недостаткам данной установки следует отнести также то, что для своей работы ей необходим дополнительный источник кислорода, и, следовательно, дополнительные затраты на его производство. При этом в плазмотермическом реакторе нет самопроизвольного разделения образующейся смеси газов на метан и синтез-газ, а устройство для их разделения не предусмотрено. Сжигание угля на такой установке, по мнению заявителя, исключено ввиду отсутствия аппаратов для отделения окислов серы и азота. К тому же реактор с кипящим слоем и трубным пучком для выработки пара за счет использования тепла будет мало эффективен из-за плохой теплопередачи от витающих твердых частиц к реагенту (воде), проходящему по трубному пучку.

Техническим результатом изобретения является создание комбинированной парогазовой установки с плазмотермической газификацией угля с повышенными экологическими и энерготехническими параметрами, с гибкой и мобильной системой управления, способной обеспечить быстрый и простой переход с одного режима работы на другой, включая режим запуска и останова, а также создание установки с широким ассортиментом производимого продукта, включая выработку тепловой и электрической энергии, при одновременной выдачи потребителю углеводородсодержащих продуктов, например, бензина, ацетилена и др.

Для достижения указанного технического результата в комбинированной парогазовой установке с плазмотермической газификацией угля, включающей две паровые и одну газовую турбины с электрогенераторами, плазмотермический газификатор с узлом подачи угля, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовый компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов, согласно изобретению один из парогенераторов установлен внутри плазмотермического газификатора, имеющего два плазмотрона на парах воды, и гидравлически связан с паровой турбиной, с узлом подачи и с одним из плазмотронов, второй парогенератор установлен внутри котла-утилизатора под газовой горелкой для сжигания синтез-газа и гидравлически связан со второй паровой турбиной, узлом подачи угля и вторым плазмотроном, при этом оба парогенератора гидравлически связаны с контуром утилизации тепла, а выхлоп с газовой турбины расположен внутри котла-утилизатора в зоне действия пламени его газовой горелки и гидравлически связан через теплообменник парогенератора и дымосос с дымовой трубой.

Система очистки синтез-газа разделена на две ступени, связанные с плазмотермическим газификатором при помощи пароэжектора и между собой - с помощью газодувки, из которых первая ступень-мокрая и включает центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционным контуром жидкого абсорбента и устройством для удаления шлама, а вторая ступень-сухая и включает сменный блок катализаторов с электрофильтрами и устройством для удаления серы и ее соединений.

Кроме того, газовая горелка котла-утилизатора, камера сгорания газовой турбины и газовой аккумулятор гидравлически соединен с газовым компрессором низкого давления, расположенным после второй ступени системы очистки синтез-газа.

Кроме того, в линии питания каталитического реактора синтез-газом установлен газовый компрессор высокого давления и предусмотрено устройство для забора газообразного и сжиженного продуктов газификации, например, синтез-газа и бензина.

Описываемая установка поясняется чертежом, на котором представлена технологическая схема заявляемой комбинированной парогазовой установки с плазмотермической газификацией угля и каталитическим реактором для производства сжиженных и газообразных углеводородсодержащих продуктов высшего ряда.

Комбинированная парогазовая установка включает: бункер 1 для газифицируемого угля, дозатор 2, плазмотермический газификатор 3, его парогенератор 4, плазмотроны 5, паротурбинную установку 6 газификатора, шлак-сборник 7, пароэжектор 8, центробежно-барботажный аппарат 9 первой ступени 10 системы очистки, контур 11 регенерации жидкого абсорбента, шламоприемник 12, газодувку 13, вторую ступень 14 системы очистки, компрессор 15 низкого давления, охладитель 16, котел-утилизатор 17, его парогенератор 18, газовую горелку 19, вторую паротурбинную установку 20, воздушный компрессор 21, камеру 22 сгорания, газотурбинную установку 23, золаприемник 24, выхлоп 25 с газовой турбины, теплообменник 26, дымосос 27, дымовую трубу 28, главный насос 29 контура 30 утилизации тепла, газовый аккумулятор 31, компрессор 32 высокого давления, газовый охладитель 33, распределитель синтез-газа 34, транспортное устройство 35 для забора газообразного продукта, например, синтез-газа, каталитический реактор 36, устройства 37 загрузки углеводородсодержащих продуктов, транспортные устройства 38 для забора сжиженного продукта газификации, например, бензина, и накопитель 39 сжижаемого продукта.

Паротурбинные установки 6 и 20 включают каждая паровую турбину с электрогенератором, парогенератор для ее привода и ряд вспомогательных узлов. Газотурбинная установка 23 включает газовую турбину с электрогенератором, камеру 22 сгорания и воздушный компрессор 21 для более эффективного сгорания топлива в камере сгорания.

Бункер 1, дозатор 2 и питатель, соединяющий бункер 1 через дозатор 2 с газификатором 3 (на фигуре не обозначен позицией) образуют узел подачи угля в плазмотермический газификатор 3. Последний имеет два плазмотрона 5 на парах воды. Парогенератор 4 установлен внутри плазмотермического газификатора и гидравлически связан с первой паровой турбиной 6, узлом подачи угля и с одним из плазмотронов 5. Парогенератор 18 установлен внутри котла-утилизатора 17 под газовой горелкой 19 для сжигания синтез-газа и гидравлически связан со второй паровой турбиной 20, узлом подачи угля и вторым плазмотроном 5. При этом оба парогенератора гидравлически связаны с контуром 30 утилизации тепла. Выхлоп 25 с газовой турбины газотурбинной установки 23 расположен внутри котла-утилизатора 17 в зоне действия пламени его газовой горелки 19 и гидравлически связан через теплообменник 26 парогенератора 18 и дымосос 27 с дымовой трубой 28.

Система очистки синтез-газа разделена на две ступени, связанные с плазмотермическим газификатором 3 при помощи пароэжектора 8 и между собой с помощью газодувки 13. первая ступень 10 очистки-мокрая и включает центробежно-барботажный аппарат 9 с рециркуляционным контуром жидкого абсорбента и устройством 12 для удаления шлама. Вторая ступень 14 очистки-сухая и включает сменный блок катализаторов с электрофильтрами и устройством для удаления серы и ее соединений.

Газовая горелка 19 котла-утилизатора 17, камера 22 сгорания газовой турбины и газовый аккумулятор 31 гидравлически соединены с газовым компрессором 15 низкого давления, расположенным после второй ступени 14 очистки синтез-газа.

Газовый компрессор 32 высокого давления установлен в линии питания каталитического реактора 36 синтез-газом.

Работа на комбинированной парогазовой установке с плазмотермической газификацией угля предусмотрена в нескольких режимах: в режиме выдачи тепла, в режиме выдачи электроэнергии и в режиме выдачи сжиженных и газообразных углеводородсодержащих продуктов высшего ряда, например, бензина, ацетилена и синтез-газа.

Работа установки по первому режиму осуществляется следующим образом. Предварительно измельченный уголь из бункера 1 через дозатор 3 при помощи питателя подается в газификатор 3, где, взаимодействуя с факелом плазмотрона 5, он газифицируется. Образовавшийся в результате закалки синтез-газ, пройдя теплообменники парогенератора 4, попадает в пароэжектор 8 и далее - в центробежно-барботажный аппарат 9 первой ступени 10 системы очистки. Очистившись во вращающемся вихревом поле от пыли и балластируемого газа, синтез-газ поступает на вход в газодувку 13, которая направляет его во вторую ступень 14 системы очистки, в которой он осушается и очищается от серы и ее компонентов, а затем поступает на вход компрессора 15. После охладителя 16 очищенный синтез-газ направляется в газовую горелку 19, а при его избытке в газовый аккумулятор 31. При этом в котле-утилизаторе синтез-газ сжигается при избытке кислорода, который поступает туда из воздушного компрессора 21. Сгоревший синтез-газ и образовавшиеся при этом газы, пройдя теплообменник парогенератора 18 и теплообменник 26, с помощью дымососа 27 выкидываются через дымовую трубу 28 в атмосферу. В это время шлак из газификатора 3 поступает в шлакосборник 7, в шлам из первой ступени 10 системы очистки - в шламосборник 12. Пылевидные остатки из котла-утилизатора 17 накапливаются в золасборнике 24. Все тепло, образовавшееся в процессе газификации угля и сжигания синтез-газа, отдается через теплообменники воде, прокачиваемой через них с помощью насоса 29, и утилизируется в контуре 30. Это тепло идет либо на обогрев жилых помещений, либо - в технологический процесс.

Работа установки по второму режиму осуществляется следующим образом.

Измельченный уголь из бункера 1 через дозатор 2 при помощи питателя подается в газификатор 3. С включением плазмотронов 5 в парогенераторе 4 начинает генерироваться пар, который направляется на паротурбинную установку 6, при этом прокачка воды через контур 30 осуществляется только в режиме запуска. С образованием в газификаторе значительного количества синтез-газа последний после осушения и очистки направляются в газовую горелку 19 котла-утилизатора 17 и параллельно в камеру сгорания 22 газотурбинной установки 23. Образовавшийся в парогенераторе 18 котла-утилизатора 17 пар направляется во вторую паротурбинную установку 20. Вся вырабатываемая установкой электрическая энергия, исключая собственную потребность, идет к потребителю. Сгоревший в камере сгорания 22 синтез-газ через выхлоп 25 с газовой турбины вновь впрыскивается в зону пламени горелки 19 котла-утилизатора 17. Образовавшиеся при сгорании газы, пройдя теплообменник 26, выкидываются дымососом 27 через дымовую трубу 28 в атмосферу. В зависимости от режима работы установки избыток или недостаток синтез-газа соответственно потребляется или накапливается в газовом аккумуляторе 31. При необходимости может быть включен насос 29, который будет подпитывать паротурбинные установки и поддерживать температуру в газификаторе 3 и котле-утилизаторе 17 на заданном уровне. Охлаждение шлакоприемника 7, шламоприемника 12 и золаприемника 24, как и охлаждение холодильников паротурбинных установок 6, 20 и компрессоров низкого и высокого давления, обеспечивается от дополнительного насоса (на чертеже условно не показан), а сброс избыточного тепла осуществляется через контору 30.

Работа установки в третьем режиме предусматривает дополнительное включение плазмотронов 5 в газификаторе 3 и включение компрессора 15, направляющего весь синтез-газ в газовый аккумулятор 31 или в компрессор 32. Последний выдает синтез-газ через распределитель 34 и транспортное устройство 35 потребителю или обеспечивает работу каталитического реактора 36, получаемые продукты которого выдаются через устройство 37 и транспортное устройство 38 потребителю либо накапливаются в сжиженном виде в накопителе 39. При этом паротурбинная установка 20 котла-утилизатора 17 находится в выключенном состоянии, а газотурбинная установка 23 - в дежурном режиме, кратковременно включаясь в работу по мере недостатка электрической энергии или накопления избыточного количества синтез-газа. Вырабатываемая паротурбинной установкой 6 и газотурбинной установкой 23 электрическая энергия идет в это время только на собственные нужды (плазмотроны, насосы, компрессоры).

Приведенные примеры режимов работы установки не ограничивают ее использование. Она может эксплуатироваться и в других режимах - при выдаче потребителю тепла, электроэнергии, синтез-газа, ацетилена и бензина одновременно. Соотношение выдаваемых продуктов зависит от нужд потребителя. Так, зимой потребитель тепла стоит на первом месте, а потребитель бензина - на втором, в теплое время года - наоборот. Суточная загрузка установки также диктуется запросами потребителя, например, ночью электрическая энергия может использоваться на производство синтез-газа, ацетилена или бензина, а утром и вечером выдаваться потребителю. Такой подход обеспечивает максимально полное использование установленной мощности оборудования и экономически выгодный режим работы его во времени. При этом установка не требует ни сложного оборудования, ни больших затрат при ее переключении с одного режима работы на другой. В аварийной ситуации установка выключается почти мгновенно. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Комбинированная парогазовая установка с плазмотермической газификацией угля, включая две паровые и одну газовую турбины с электрогенераторами, плазмотермический газификатор с узлом подачи угля, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовый компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов, отличающаяся тем, что один из парогенераторов установлен внутри плазмотермического газификатора, имеющего по меньшей мере два плазмотрона на парах воды, и гидравлически связан с паровой турбиной, узлом подачи угля и одним из плазмотронов, второй парогенератор установлен внутри котла-утилизатора под газовой горелкой для сжигания синтез-газа и гидравлически связан с второй паровой турбиной, узлом подачи угля и другим плазмотроном, при этом оба парогенератора гидравлически связаны с контуром утилизации тепла, а выхлоп с газовой турбины расположен внутри котла-утилизатора в зоне действия пламени его газовой горелки и гидравлически связан через теплообменник парогенератора и дымосос с дымовой трубой.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что система очистки синтез-газа разделена на две ступени, связанные с плазмотермическим газификатором при помощи пароэжектора и между собой с помощью газодувки, из которых первая ступень мокрая и включает центробежно-барботажный аппарат с рециркуляционным контуром жидкого абсорбента и устройством для удаления шлама, а вторая ступень сухая и включает сменный блок катализаторов с электрофильтрами и устройством для удаления серы и ее соединений.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что газовая горелка котла-утилизатора, камера сгорания газовой турбины и газовый аккумулятор гидравлически соединены с газовым компрессором низкого давления, расположенным после второй ступени системы очистки синтез-газа.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что в линии питания каталитического реактора синтез-газом установлен газовый компрессор высокого давления и предусмотрено устройство для забора газообразного и сжиженного продуктов газификации, например синтез-газа и бензина.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru