| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2105040
Комбінована парогазової установки З плазмотерміческім газифікації ВУГІЛЛЯ
Ім'я винахідника: Кореньков В.І .; Кустов Б.А .; Попов Ю.С.
Ім'я патентовласника: Акціонерне товариство відкритого типу "НовосібірскНІІхіммаш"; Акціонерне товариство відкритого типу "Західно-Сибірський металургійний комбінат"
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.03.29
Використання: для вироблення електричної і теплової енергії, виробництва зріджених і газоподібних углеводородсодержащих продуктів з вугілля в будь-якій галузі промисловості. Суть винаходу: парогенератор 4 встановлений всередині плазмотерміческім газифікатора 3 і гідравлічно пов'язаний з паровою турбіною першої паротурбінної установки 6, з вузлом 1 подачі вугілля і з першим плазмотроном 5. Парогенератор 18 встановлено всередині котла-утилізатора 17 під газовим пальником 19 для спалювання синтез-газу і гідравлічно пов'язаний з паровою турбіною другий паротурбінної установки 20, вузлом 1 подачі вугілля і другим плазмотроном 5. Обидва парогенератора гідравлічно пов'язані з контуром 30 утилізації тепла. Вихлоп 25 газової турбіни газотурбінної установки 23 розташований всередині котла-утилізатора 17 в зоні дії полум'я його газового пальника 19 і гідравлічно пов'язаний через теплообмінник парогенератора 18 і димосос 27 з димарем 28. Система очищення синтез-газу має перший ступінь 10 - мокру і другу сходинку 14 - суху. Сходинки пов'язані з плазмотерміческім газифікатором 3 за допомогою пароежектора 8, а між собою - за допомогою газодувки 13. Установка може працювати в трьох режимах.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до енергетики, зокрема, до комбінованої парогазової установки з плазмотерміческой газифікацією вугілля, призначеної для вироблення електричної і теплової енергії, виробництва зріджених і газоподібних углеводородсодержащих продуктів з вугілля.
Винахід може бути використано в будь-якій галузі, включаючи хімічну та металургійну промисловість, тобто будь-яку галузь, в якій є потреба в електроенергії, теплі або синтез-газі.
При вирішенні регіональних завдань питання про вибір технології з переробки місцевої сировини часто вирішувалося на користь тієї технології, в якій при малих капітальних і експлуатаційних витратах забезпечувалася максимальна прибуток від сировини, що переробляється. Однак погіршення екологічної ситуації в світі диктує нові вимоги, з цієї причини жодна з існуючих технологій не може економічно вигідною, якщо вона не забезпечує вимоги екології. З цієї причини пряме спалювання вугілля на ТЕЦ в інших аналогічних установках стало економічно невигідним і недоцільним через великої кількості що викидаються в атмосферу шкідливих речовин.
Парогазові установки з внутріцікловой газифікацією вугілля частково вирішують цю проблему і тому розглядаються сьогодні як один з перспективних напрямків щодо зниження питомої витрати тепла на вироблення електроенергії в екологічно чистих системах.
Однак плата за екологічно чисту технологію спалювання вугілля в вищевказаних установках поки дуже велика, до того ж вони мають гірші параметри: питома витрата в парогазових установках з внутріцікловой газифікацією вугілля на 15 - 20% вище, ніж в звичайних установках.
Відома установка для отримання електроенергії з углеводородсодержащих палива способом, що включає газифікацію палива в реакторі в присутності водяної пари шляхом непрямого нагріву, очищення отриманого синтез-газу від твердих частинок і сірки, спалювання першої частини очищеного синтез-газу, подачу продуктів згоряння в газову турбіну для вироблення електроенергії, в якій з метою спрощення процесу спалюють другу частину очищеного синтез-газу і подають отримані продукти згоряння в якості теплообмінного середовища в реактор для непрямого нагріву палива, а після проходження через реактор направляють в газову турбіну [1]. Причому другу частину очищеного синтез-газу спалюють при надлишку кисню, температуру продуктів згоряння, що подаються в реактор як теплообмінного середовища, підтримують на вході в інтервалі 850-1000 o C, а на виході -750-850 o C, в той час як температуру продуктів згоряння на вході в газову турбіну забезпечують в інтервалі 900-1000 o C за рахунок спалювання частини очищеного газу. Далі продукти згоряння від газової турбіни подають на перегрів пара або підігрів живильної води парогенератора. Пар, що підводиться на стадії газифікації, отримують в результаті охолодження синтез-газу або продуктів газової турбіни, або ж продуктів спалювання частини очищеного синтез-газу, в той час як отриманий димової газ змішують з парою і подають на стадію газифікації.
Вищевказаний спосіб має ряд істотних недоліків.
Здійснити непрямий нагрів газифікованого вугілля важко і поки не вдалося ні в одному промисловому газифікаторі. Сама схема отримання електроенергії і синтез-газу недостатньо гнучка і складна в управлінні. Забезпечити оптимальний режим відразу чотирьох агрегатів, що сидять на одному валу (електрогенератор, повітряний компресор і два щаблі газової турбіни), практично неможливо, тим більше, що непрямий підігрів продуктів згоряння перед другим ступенем газової турбіни продуктами згоряння першого ступеня ще й невигідний енергетично.
Відома інша енерготехнологічна установка з плазмової переробкою низькосортного твердого палива, що включає дві парові і одну газову турбіни з електрогенераторами, плазмотерміческім газифікатор з вузлом подачі вугілля, парогенератори, котел-утилізатор, камеру згоряння, газовий акумулятор, систему очищення газу, повітряний і газовий компресори і каталітичний реактор для отримання зріджених вуглеводнів [2].
Останній підключений до плазмохімічним реактору низькосортного палива, який послідовно з'єднаний з гартівних апаратом киплячого шару з вбудованими поверхнями нагріву і турбогенератором для вироблення електроенергії.
Ефективність даної установки підвищена за рахунок видачі більш дорогих продуктів - ацетилену і сірки. Однак витрати від плазмохимического реактора для газифікації твердого палива при такій схемі і великі і не можуть бути компенсовані лише за рахунок підвищення вартості одержуваного продукту, причому порівняно дорогим способом. До недоліків даної установки слід віднести і те, що для своєї роботи їй необхідне додаткове джерело кисню, і, отже, додаткові витрати на його виробництво. При цьому в плазмотерміческім реакторі немає мимовільного поділу суміші, що утворюється газів на метан і синтез-газ, а пристрій для їх поділу не передбачено. Спалювання вугілля на такій установці, на думку заявника, виключено через відсутність апаратів для відділення окислів сірки і азоту. До того ж реактор з киплячим шаром і трубним пучком для вироблення пари за рахунок використання тепла буде трохи ефективний через погану теплопередачі від витають твердих частинок до реагенту (воді), що проходить по трубному пучку.
Технічним результатом винаходу є створення комбінованої парогазової установки з плазмотерміческой газифікацією вугілля з підвищеними екологічними та енерготехнічна параметрами, з гнучкою і мобільною системою управління, здатної забезпечити швидкий і простий перехід з одного режиму роботи на інший, включаючи режим запуску і зупинки, а й створення установки з широким асортиментом виробленого продукту, включаючи вироблення теплової та електричної енергії, при одночасній видачі споживачеві углеводородсодержащих продуктів, наприклад, бензину, ацетилену та ін.
Для досягнення зазначеного технічного результату в комбінованій парогазової установки з плазмотерміческой газифікацією вугілля, що включає дві парові і одну газову турбіни з електрогенераторами, плазмотерміческім газифікатор з вузлом подачі вугілля, парогенератори, котел-утилізатор, камеру згоряння, газовий акумулятор, систему очищення газу, повітряний і газовий компресори та каталітичний реактор для отримання зріджених вуглеводнів, відповідно до винаходу один з парогенераторів встановлений всередині плазмотерміческім газифікатора, що має два плазмотрона на парах води, і гідравлічно пов'язаний з паровою турбіною, з вузлом подачі і з одним з плазмотронів, другий парогенератор встановлений всередині котла-утилізатора під газовим пальником для спалювання синтез-газу і гідравлічно пов'язаний з другої паровою турбіною, вузлом подачі вугілля і другим плазмотроном, при цьому обидва парогенератора гідравлічно пов'язані з контуром утилізації тепла, а вихлоп з газової турбіни розташований всередині котла-утилізатора в зоні дії полум'я його газового пальника і гідравлічно пов'язаний через теплообмінник парогенератора і димосос з димарем.
Система очищення синтез-газу розділена на два ступені, пов'язані з плазмотерміческім газифікатором за допомогою пароежектора і між собою - за допомогою газодувки, з яких перший ступінь-мокра і включає відцентрово-барботажний апарат з рециркуляційним контуром рідкого абсорбенту та пристроєм для видалення шламу, а друга щабель-суха і включає змінний блок каталізаторів з електрофільтрами і пристроєм для видалення сірки і її з'єднань.
Крім того, газовий пальник котла-утилізатора, камера згоряння газової турбіни і газової акумулятор гідравлічно з'єднаний з газовим компресором низького тиску, розташованим після другого ступеня системи очищення синтез-газу.
Крім того, в лінії живлення каталітичного реактора синтез-газом встановлений газовий компресор високого тиску і передбачено пристрій для забору газоподібного і зрідженого продуктів газифікації, наприклад, синтез-газу і бензину.
Описувана установка пояснюється кресленням, на якому представлена технологічна схема заявляється комбінованої парогазової установки з плазмотерміческой газифікацією вугілля і каталітичним реактором для виробництва зріджених і газоподібних углеводородсодержащих продуктів вищого ряду.
Комбінована парогазова установка включає: бункер 1 для газифікованого вугілля, дозатор 2, плазмотерміческім газифікатор 3, його парогенератор 4, плазмотрони 5, паротурбінну установку 6 газифікатора, шлак-збірник 7, пароежектор 8, відцентрово-барботажний апарат 9 першого ступеня 10 системи очистки, контур 11 регенерації рідкого абсорбенту, шламопріемнік 12, газодувки 13, другу сходинку 14 системи очистки, компресор 15 низького тиску, охолоджувач 16, котел-утилізатор 17, його парогенератор 18, газовий пальник 19, другу паротурбінну установку 20, повітряний компресор 21, камеру 22 згоряння , газотурбінну установку 23, золапріемнік 24, вихлоп 25 з газової турбіни, теплообмінник 26, димосос 27, димову трубу 28, головний насос 29 контуру 30 утилізації тепла, газовий акумулятор 31, компресор 32 високого тиску, газовий охолоджувач 33, розподільник синтез-газу 34 , транспортний пристрій 35 для забору газоподібного продукту, наприклад, синтез-газу, каталітичний реактор 36, пристрої 37 завантаження углеводородсодержащих продуктів, транспортні пристрої 38 для забору зрідженого продукту газифікації, наприклад, бензину, і накопичувач 39 сжижаемого продукту.
Двигуни установки 6 і 20 включають кожна парову турбіну з електрогенератором, парогенератор для її приводу і ряд допоміжних вузлів. Газотурбінна установка 23 включає газову турбіну з електрогенератором, камеру 22 згоряння і повітряний компресор 21 для більш ефективного згоряння палива в камері згоряння.
Бункер 1, дозатор 2 і живильник, що з'єднує бункер 1 через дозатор 2 з газифікатором 3 (на фігурі не позначений позицією) утворюють вузол подачі вугілля в плазмотерміческім газифікатор 3. Останній має два плазмотрона 5 на парах води. Парогенератор 4 встановлений всередині плазмотерміческім газифікатора і гідравлічно пов'язаний з першою паровою турбіною 6, вузлом подачі вугілля і з одним з плазмотронів 5. парогенератор 18 встановлений всередині котла-утилізатора 17 під газовим пальником 19 для спалювання синтез-газу і гідравлічно пов'язаний з другої паровою турбіною 20 , вузлом подачі вугілля і другим плазмотроном 5. При цьому обидва парогенератора гідравлічно пов'язані з контуром 30 утилізації тепла. Вихлоп 25 з газової турбіни газотурбінної установки 23 розташований всередині котла-утилізатора 17 в зоні дії полум'я його газового пальника 19 і гідравлічно пов'язаний через теплообмінник 26 парогенератора 18 і димосос 27 з димарем 28.
Система очищення синтез-газу розділена на два ступені, пов'язані з плазмотерміческім газифікатором 3 за допомогою пароежектора 8 і між собою за допомогою газодувки 13. перший ступінь 10 очищення-мокра і включає відцентрово-барботажний апарат 9 з рециркуляційним контуром рідкого абсорбенту та пристроєм 12 для видалення шламу. Другий ступінь 14 очищення-суха і включає змінний блок каталізаторів з електрофільтрами і пристроєм для видалення сірки і її з'єднань.
Газовий пальник 19 котла-утилізатора 17, камера 22 згорання газової турбіни і газовий акумулятор 31 гідравлічно з'єднані з газовим компресором 15 низького тиску, розташованим після другого ступеня 14 очищення синтез-газу.
Газовий компресор 32 високого тиску встановлений в лінії живлення каталітичного реактора 36 синтез-газом.
Робота на комбінованої парогазової установки з плазмотерміческой газифікацією вугілля передбачена в декількох режимах: в режимі видачі тепла, в режимі видачі електроенергії і в режимі видачі зріджених і газоподібних углеводородсодержащих продуктів вищого ряду, наприклад, бензину, ацетилену і синтез-газу.
Робота установки по першому режиму здійснюється наступним чином. Попередньо подрібнений вугілля з бункера 1 через дозатор 3 за допомогою живильника подається в газифікатор 3, де, взаємодіючи з факелом плазмотрона 5, він газифіковане. Утворився в результаті загартування синтез-газ, пройшовши теплообмінники парогенератора 4, потрапляє в пароежектор 8 і далі - в відцентрово-барботажний апарат 9 першого ступеня 10 системи очистки. Очистившись в обертовому вихровому поле від пилу і балластіруемого газу, синтез-газ надходить на вхід в газодувки 13, яка направляє його в другий щабель 14 системи очистки, в якій він осушується і очищається від сірки і її компонентів, а потім надходить на вхід компресора 15 . Після охолоджувача 16 очищений синтез-газ направляється в газовий пальник 19, а при його надлишку в газовий акумулятор 31. при цьому в котлі-утилізатори синтез-газ спалюється при надлишку кисню, який надходить туди з повітряного компресора 21. Згорілий синтез-газ і утворилися при цьому гази, пройшовши теплообмінник парогенератора 18 і теплообмінник 26, за допомогою димососа 27 викидаються через димову трубу 28 в атмосферу. У цей час шлак з газифікатора 3 надходить в шлакосборнік 7, в шлам з першого ступеня 10 системи очистки - в шламосборник 12. Пилоподібні залишки з котла-утилізатора 17 накопичуються в золасборніке 24. Все тепло, яке утворилося в процесі газифікації вугілля і спалювання синтез-газу , віддається через теплообмінники воді, що прокачується через них за допомогою насоса 29, і утилізується в контурі 30. Це тепло йде або на обігрів житлових приміщень, або - в технологічний процес.
Робота установки по другому режиму здійснюється наступним чином
Подрібнений вугілля з бункера 1 через дозатор 2 за допомогою живильника подається в газифікатор 3. З включенням плазмотронів 5 в парогенераторі 4 починає генеруватися пар, який направляється на паротурбінну установку 6, при цьому прокачування води через контур 30 здійснюється тільки в режимі запуску. З утворенням в газифікаторі значної кількості синтез-газу останній після осушення і очищення направляються в газовий пальник 19 котла-утилізатора 17 і паралельно в камеру згоряння 22 газотурбінної установки 23. Утворений в парогенераторі 18 котла-утилізатора 17 пар направляється в другу паротурбінну установку 20. Вся виробляється установкою електрична енергія, виключаючи власну потребу, йде до споживача. Згорілий в камері згоряння 22 синтез-газ через вихлоп 25 з газової турбіни знову впорскується в зону полум'я пальника 19 котла-утилізатора 17. Утворилися при згорянні гази, пройшовши теплообмінник 26, викидаються димососом 27 через димову трубу 28 в атмосферу. Залежно від режиму роботи установки надлишок або недолік синтез-газу відповідно споживається або накопичується в газовому акумуляторі 31. При необхідності може бути включений насос 29, який буде підживлювати двигуни установки і підтримувати температуру в газифікаторі 3 і котлі-утилізатори 17 на заданому рівні. Охолодження шлакопріемніка 7, шламопріемніка 12 і золапріемніка 24, як і охолодження холодильників паротурбінних установок 6, 20 і компресорів низького і високого тиску, забезпечується від додаткового насоса (на кресленні умовно не показаний), а скидання надлишкового тепла здійснюється через контору 30.
Робота установки в третьому режимі передбачає додаткове включення плазмотронов 5 в газифікаторі 3 і включення компресора 15, що направляє весь синтез-газ в газовий акумулятор 31 або в компресор 32. Останній видає синтез-газ через розподільник 34 і транспортний пристрій 35 споживачеві або забезпечує роботу каталітичного реактора 36, одержувані продукти якого видаються через пристрій 37 і транспортний пристрій 38 споживачеві або накопичуються в зрідженому вигляді в накопичувачі 39. При цьому паротурбінна установка 20 котла-утилізатора 17 знаходиться у вимкненому стані, а газотурбінна установка 23 - у черговому режимі, короткочасно включаючись в роботу в міру нестачі електричної енергії або накопичення надмірної кількості синтез-газу. Виробляється паротурбінної установкою 6 і газотурбінної установкою 23 електрична енергія йде в цей час тільки на власні потреби (плазмотрони, насоси, компресори).
Наведені приклади режимів роботи установки не обмежують її використання. Вона може експлуатуватися і в інших режимах - при видачі споживачеві тепла, електроенергії, синтез-газу, ацетилену і бензину одночасно. Співвідношення виданих продуктів залежить від потреб споживача. Так, взимку споживач тепла стоїть на першому місці, а споживач бензину - на другому, в теплу пору року - навпаки. Добова завантаження установки і диктується запитами споживача, наприклад, вночі електрична енергія може використовуватися на виробництво синтез-газу, ацетилену або бензину, а вранці і ввечері видаватися споживачеві. Такий підхід забезпечує максимально повне використання встановленої потужності обладнання і економічно вигідний режим роботи його в часі. При цьому установка не вимагає ні складного обладнання, ні великих витрат при її переході з одного режиму роботи на інший. В аварійній ситуації установка вимикається майже миттєво.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Комбінована парогазова установка з плазмотерміческой газифікацією вугілля, включаючи дві парові і одну газову турбіни з електрогенераторами, плазмотерміческім газифікатор з вузлом подачі вугілля, парогенератори, котел-утилізатор, камеру згоряння, газовий акумулятор, систему очищення газу, повітряний і газовий компресори і каталітичний реактор для отримання зріджених вуглеводнів, що відрізняється тим, що один з парогенераторів встановлений всередині плазмотерміческім газифікатора, що має щонайменше два плазмотрона на парах води, і гідравлічно пов'язаний з паровою турбіною, вузлом подачі вугілля і одним з плазмотронів, другий парогенератор встановлений всередині котла-утилізатора під газовим пальником для спалювання синтез-газу і гідравлічно пов'язаний з другої паровою турбіною, вузлом подачі вугілля і іншим плазмотроном, при цьому обидва парогенератора гідравлічно пов'язані з контуром утилізації тепла, а вихлоп з газової турбіни розташований всередині котла-утилізатора в зоні дії полум'я його газового пальника і гідравлічно пов'язаний через теплообмінник парогенератора і димосос з димарем.
2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що система очищення синтез-газу розділена на два ступені, пов'язані з плазмотерміческім газифікатором за допомогою пароежектора і між собою за допомогою газодувки, з яких перший ступінь мокра і включає відцентрово-барботажний апарат з рециркуляційним контуром рідкого абсорбенту та пристроєм для видалення шламу, а другий ступінь суха і включає змінний блок каталізаторів з електрофільтрами і пристроєм для видалення сірки і її з'єднань.
3. Установка по п. 2, яка відрізняється тим, що газовий пальник котла-утилізатора, камера згоряння газової турбіни і газовий акумулятор гідравлічно з'єднані з газовим компресором низького тиску, розташованим після другого ступеня системи очищення синтез-газу.
4. Установка за п. 3, яка відрізняється тим, що в лінії живлення каталітичного реактора синтез-газом встановлений газовий компресор високого тиску і передбачено пристрій для забору газоподібного і зрідженого продуктів газифікації, наприклад синтез-газу і бензину.
Версія для друку
Дата публікації 07.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.