Установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии

Установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии

Реферат

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при обеспечении потребителей водородосодержащим синтез-газом, электрической и тепловой энергией с возможностью экономической реализации побочных продуктов производства: газообразного азота, гранулированного шлака, соединений серы.

Известна схема установки для производства электроэнергии (Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования. / A.M.Клер, Н.П.Деканова, Э.А.Тюрина и др. - Новосибирск: Наука, 2005. - 236 с.), включающая газогенератор, снабженный входом для подачи подготовленного топлива и дутьевого воздуха, первый котел-утилизатор, работающий на продуктах газификации и обеспечивающий охлаждение генераторного газа, систему очистки газа от золы, промежуточную камеру сгорания, в которой сжигается часть очищенного генераторного газа с целью подогрева дутьевого воздуха, второй котел-утилизатор, работающий на продуктах сгорания, газовую турбину, в которой продукты сгорания расширяются с выработкой полезной работы, паротурбинную установку. При этом основная часть газа сжигается в камере сгорания энергетической газовой турбины. Теплота уходящих газов используется во втором котле-утилизаторе, который вырабатывает пар для паротурбинной установки. Часть конденсата паротурбинной установки подается в первый котел-утилизатор, а другая - во второй котел-утилизатор. Пар от обоих котлов поступает в паровую турбину.

Однако данная установка предназначена для выработки одного вида энергоносителя, что приводит к увеличению себестоимости получаемого продукта. Кроме того, в установке отсутствует система очистки генераторного газа от коррозионно-активных компонентов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является установка для получения электроэнергии (авт.св. СССР 263064, кл. 26а, 3. МПК С10b. Способ получения электроэнергии на тепловых электростанциях. / В.М.Масленников, С.А.Христианович, B.C.Фролов и др.), включающая газогенератор со входами для топлива и воздуха, два котла-утилизатора, блок очистки газа от сажи, сероводорода и золы, паровую турбину, соединенную с конденсатором, газовую турбину, подогреватель конденсата. При этом газогенератор связан по газу с газовым подогревателем конденсата через последовательно соединенные первый котел-утилизатор, блок очистки газа, второй котел-утилизатор, в качестве которого выступает высоконапорный парогенератор, и газовую турбину. По пароводяному тракту питательная вода от конденсатора паровой турбины поступает через газовый подогреватель конденсата в котел-утилизатор и высоконапорный парогенератор, в котором вырабатывается пар, используемый в конденсационной паровой турбине для выработки электроэнергии.

Однако в известной установке химическая энергия синтез-газа используется для выработки только электрической энергии, что приводит к снижению термодинамической эффективности установки и увеличению себестоимости электроэнергии. Кроме того, в данной установке синтез-газ используется в качестве топлива для газовой турбины, что исключает возможность его использования в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Применение котлов-утилизаторов одного давления также снижает термодинамическую эффективность установки.

Задачей изобретения является повышение эффективности установки при снижении себестоимости вырабатываемых продуктов.

Техническим результатом является совмещение технологических процессов выработки водородосодержащего газа, электроэнергии и теплоты. Кроме того, за счет применения котлов-утилизаторов двух давлений увеличиваются электрическая мощность и КПД энергетической установки, повышается надежность работы котла-утилизатора низкого давления в результате удаления серосодержащих газов.

Поставленная задача решается тем, что в установке для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии, включающей газогенератор, снабженный входами для твердого топлива и окислителя и выходом для газа, два котла-утилизатора, каждый из которых снабжен газовым и пароводяным трактами, блок очистки газа, снабженный отводом серосодержащего продукта, паротурбинную установку, на выходе которой установлен конденсатор, подогреватель конденсата с газовым и водяным трактами, при этом выход газогенератора соединен со входом газового тракта первого котла-утилизатора, выход газового тракта которого связан со входом газового тракта второго котла-утилизатора через блок очистки газа, выход газового тракта второго котла-утилизатора соединен со входом газового тракта подогревателя конденсата, а выход пароводяного тракта подключен ко входу паротурбинной установки, согласно предлагаемому решению газогенератор дополнительно снабжен подводом пара от паротурбинной установки и отводом шлака, выход пароводяного тракта первого котла-утилизатора подсоединен ко входу паротурбинной установки, второй котел-утилизатор содержит дополнительный выход для воды, соединенный со входом пароводяного тракта первого котла-утилизатора через бустерный насос, выход конденсатора связан со входом водяного тракта подогревателя конденсата через конденсатный насос, а выход водяного тракта подогревателя конденсата связан со входом пароводяного тракта второго котла-утилизатора, при этом выход газового тракта подогревателя конденсата связан с выводом водородосодержащего газа через компрессор, а паротурбинная установка снабжена контуром отбора тепловой энергии. В качестве окислителя выбран кислород. Выход водяного тракта подогревателя конденсата соединен со входом пароводяного тракта второго котла-утилизатора через деаэратор и питательный насос. Вход газогенератора для твердого топлива соединен с выходом блока подготовки твердого топлива к сжиганию, а вход газогенератора для окислителя - с выходом для кислорода воздухоразделительной станции.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии на базе поточного газогенератора. Позициями на чертеже обозначены: 1 - воздухоразделительная станция; 2 - блок подготовки твердого топлива; 3 - газогенератор; 4 - первый котел-утилизатор; 5 - блок очистки газа; 6 - второй котел-утилизатор; 7 - подогреватель конденсата; 8 - компрессор; 9 - паротурбинная установка; 10 - электрогенератор; 11 - конденсатор; 12 - конденсатный насос; 13 - деаэратор; 14 - питательный насос; 15 - бустерный насос; 16 - узел химводоподготовки; 17 - теплофикационный подогреватель; 18 - потребитель тепловой энергии; 19 - сетевой насос; 20 - трубопровод подпитки тепловой сети.

Установка содержит воздухоразделительную станцию 1, блок подготовки твердого топлива 2, которые питают газогенератор 3, два котла-утилизатора 4, 6, каждый из которых снабжен газовым и пароводяным трактами, блок очистки газа 5, снабженный отводом серосодержащего продукта, паротурбинную установку 9, на выходе которой установлен конденсатор 11, подогреватель конденсата 7 с газовым и водяным трактами. В качестве газогенератора 3 может быть использован поточный пылеугольный газогенератор с парокислородным дутьем при атмосферном давлении, например, газогенератор Копперса-Тотцека. Интенсификация процесса достигается за счет использования встречного расположения горелок. Данный газогенератор обладает наивысшим значением содержания водорода в генерируемом газе по сравнению с генераторами Винклера (кипящий слой) и Лурги (плотный слой), характеризуется универсальностью по перерабатываемому типу твердого топлива, а также успешной промышленной эксплуатацией. Газогенераторы такого типа в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к установкам, используемым на тепловых электростанциях, поскольку в продуктах газификации не содержится фенолов и смол, что существенно упрощает систему очистки генерируемого газа. В установке реализовано последовательное соединение (по технологическому циклу) газогенератора 3, газового тракта первого котла-утилизатора 4, вырабатывающего пар высокого давления, блока очистки газа 5, газового тракта второго котла-утилизатора 6, вырабатывающего пар низкого давления, газового тракта подогревателя конденсата 7 и компрессора 8. Газогенератор 3 также связан с камерой отбора паротурбинной установки 9, включающей электрогенератор 10, конденсатор 11, конденсатный насос 12, деаэратор 13, питательный насос 14 и узел химводоподготовки 16. Паротурбинная установка снабжена контуром отбора тепловой энергии, содержащем теплофикационный подогреватель 17, связанный с потребителем тепловой энергии 18, сетевой насос 19 и трубопровод подпитки тепловой сети 20. Выходы пароводяных трактов первого и второго котлов-утилизаторов подсоединены ко входу теплофикационной паротурбинной установки. Конденсатор 11 через конденсатный насос 12 соединен со входом водяного тракта подогревателя конденсата, выход которого связан со входом пароводяного тракта второго котла-утилизатора 6 через деаэратор 13 и питательный насос 14, при этом второй котел-утилизатор 6 содержит дополнительный выход для воды, соединенный со входом пароводяного тракта первого котла-утилизатора 4 через бустерный насос 15.

Данная установка работает следующим образом. Газогенератор 3 потребляет технический кислород (98% О₂) от воздухоразделительной станции 1 и водяной (дутьевой) пар (p_изб=0,25 МПа) от теплофикационной паротурбинной установки 9 для осуществления технологического процесса автотермической газификации угольной пыли, полученной из блока подготовки твердого топлива 2, где исходное топливо в виде угля подвергают первичному дроблению, сушке и помолу. Из газогенератора 3 отводят шлак в жидком виде, который гранулируют и реализуют потребителям. Образовавшийся при этом генераторный газ с температурой 1500-1600°С подают в первый котел-утилизатор 4, где его охлаждают до температуры 800°С, и в блок очистки газа 5, в котором образуется серосодержащий продукт и отводится потребителям. Затем очищенный газ подают во второй паровой котел-утилизатор 6 для дальнейшего охлаждения. Подготовленный таким образом генераторный газ, состоящий в основном из оксида углерода и водорода, подвергают сжатию в компрессоре 8 и передают потребителю. Пар двух давлений, вырабатываемый в котлах-утилизаторах 4, 6, подают в паротурбинную установку 9. Электрогенератор 10 паротурбинной установки вырабатывает электрическую энергию, передаваемую потребителям. От паротурбинной установки 9 через теплофикационный подогреватель 17 с использованием сетевого насоса 19 и трубопровода подпитки тепловой сети 20 от узла химводоподготовки 16 тепловую энергию отпускают потребителю тепловой энергии 18. Конденсат из конденсатора 11 паротурбинной установки с помощью конденсатного насоса 12 подают в подогреватель конденсата 7, затем в деаэратор 13 и, с помощью питательного насоса 14, - в котел-утилизатор низкого давления 6, где происходит процесс генерации пара низкого давления.

Побочными продуктами технологического процесса являются газообразный азот от воздухоразделительной станции, гранулированный шлак, серосодержащий продукт.

Таким образом, в заявляемой установке используется ступенчатое охлаждении генераторного газа в двух котлах-утилизаторах разных давлений с размещенным между ними блоком очистки газа, позволяющее повысить эффективность выработки электрической и тепловой энергии. Кроме того, за счет комбинированной выработки энергоносителей снижается их удельная себестоимость и повышается эффективность производства. Использование установки обеспечивает снижение вредных выбросов в окружающую среду.

1. Установка для комбинированного производства водородосодержащего газа, электрической и тепловой энергии, включающая газогенератор, снабженный входами для твердого топлива и окислителя и выходом для газа, два котла-утилизатора, каждый из которых снабжен газовым и пароводяным трактами, блок очистки газа, снабженный отводом серосодержащего продукта, паротурбинную установку, на выходе которой установлен конденсатор, подогреватель конденсата с газовым и водяным трактами, при этом выход газогенератора соединен со входом газового тракта первого котла-утилизатора, выход газового тракта которого связан со входом газового тракта второго котла-утилизатора через блок очистки газа, выход газового тракта второго котла-утилизатора соединен со входом газового тракта подогревателя конденсата, а выход пароводяного тракта подключен ко входу паротурбинной установки, отличающаяся тем, что газогенератор дополнительно снабжен подводом пара от паротурбинной установки и отводом шлака, выход пароводяного тракта первого котла-утилизатора подсоединен ко входу паротурбинной установки, второй котел-утилизатор содержит дополнительный выход для воды, соединенный со входом пароводяного тракта первого котла-утилизатора через бустерный насос, выход конденсатора связан со входом водяного тракта подогревателя конденсата через конденсатный насос, а выход водяного тракта подогревателя конденсата связан со входом пароводяного тракта второго котла-утилизатора, при этом выход газового тракта подогревателя конденсата связан с выводом водородосодержащего газа через компрессор, а паротурбинная установка снабжена контуром отбора тепловой энергии.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве окислителя выбран кислород.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход водяного тракта подогревателя конденсата соединен со входом пароводяного тракта второго котла-утилизатора через деаэратор и питательный насос.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вход газогенератора для твердого топлива соединен с выходом блока подготовки твердого топлива к сжиганию, а вход газогенератора для окислителя - с выходом для кислорода воздухоразделительной станции.