Установка для переработки угля и получения электроэнергии и газа

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕ(МУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 2094996/23-26 (22) 08.01.75 (31) P 2400772.5 (32) 08.01.74 (33) ФРГ (46) 30.11.83. Бюл. 9.44 (72) Эрнст Шустер и Клаус Книциа (ФРГ) (71) Л.унд К.Штайнмюллер, ГмбХ и Д-р.-Инж.Клаус Книциа (ФРГ) (53) 662.7(088.8). (56) 1. Чуханов 3.C. Некоторые проблемы топлива и энергетики. М., 1961, с. 325 (прототип). (54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ

УГЛЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И

„.SU„„A

3(Я) С 10 J 3 00 F 01 К 23 00

1А3А, содерж щая 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, отличающаяся тем, что,.с целью обеспечения стабильной работы, повышения производительности и обшего КПД установки, она дополнительно содержит устройство для очистки полученного газа от соединений серы и газОтурбинную установКУ, подсоединенную на входе через рас-. пределитель газа к газовой сети и/или на выходе к топке парогенера-. тора. И„

Ф 1058509 2

Изобретение относится к установкам для переработки угля и получения из него твердых и газообразных продуктов для производства электроэнергии и газа.

Известна установка для переработ- 5 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 10 сжигания кокса, паровую турбину и устройство для очистки полученного газа )1) .

Недостатком известной установки является нестабильная работа в ре- 5 зультате неравномерного потребле- ния электрОэнергии, несогласованно- го с проиэводетвом.

Кроме того, производительность установки ограничена и должна быть согласована с производительностью парогенератора. Недостаточно высокий КПД установкй, в .частности, обусловлен тем, что требуется затратить топливо для .нагрева воздуха, поступающего в топку парового котла.

Цель изобретения - обеспечение стабильной работы, повышение производительности и общего КПД установки.

Указанная цель достигается тем, что установка, содержащая устройство для измельчения угля, устройство для газификации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топ- 35 кой для сжигания кокса, паровую турбину и устройство для. очистки полученного газа, дополнительно содержит устройство для очистки полученного газа от .соединений серы и га- 40 зотурбинную установку, подсоединен-. ную на входе через распределитель газа к газовой сети и/или на выходе к топке парогенератора.

Предлагаемая установка стабильно 45 работает в случае неравномерного потребления электроэнергии за счет перераспределения газа, который можно подавать в газовую сеть или к газовой турбине, или к парогенератору. В случае отключения газовой турбины гаэ 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 кокса парогенератора и теплосодержание 60 дымовык газов используется для парообразования, что повышает КПД ус.тановки с 37 до 45%.

На чертеже представлена схема предлагаемой установки. 65

Установка содержит бункер 1 для угля, устройство 2 для отделения пыли, мельницу 3, реактор 4 для окисления угля, пароотделитель 5, камеры б для газификации угля, воздуходувную машину 7, воздухонагреватель 8, подсоединенный трубопроводом 9 к реактору 4 для окисления. угля, который соединен с сепаратором

10 для 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 гаэ после электрофильтра 19 через компрессор 20 и трубопровод .21. К сепаратору 16 подсоединен теплообменникутилиэатор 22, смоло- и пылеотделитедь 23 с трубопроводом 24 для отвода смолы и остаточного кокса, теплообменник"утилизатор 25, компрессор 26, устройство .27 для очистки газа or сернистого водорода, установка 28 Клауса и установка 29 для гранулирования серы с бункером 30 серы. Устройство 31 для разделения углеводородов подсоединено к строй .ству 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 турбина 34 трубопроводом 36 подсоединена в камере

11 сгорания парогенератора. Электрофильтр 19 трубопроводом 37 подсоединен к камере 11 сгорания, иэ которой зола отводится в бункер 38.

Устройство работает следующим образом.

Уголь, поступаюший 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 выносится из мельниц не воздухом, что из-за возможности воспламенения ограничивает температуру смеси воздух-угольная пыль до приблительно 130 С, а дымом„ который забирается иэ парогенератора электростанции на угольном топливе и в случае необходимости подвергается мгновенному окислению в реакторе 4. Этот дым содержит незначительное количество кислорода и носит тем самым характер инертного газа. Содержащаяся в угле влага выпаривается дымом и выводится иэ процесса совместно с инертным газом в пароотделителе 5.

1058509

Угольная пыль подается в установку для переработки горючего, которая. состоит в основном иэ реактора 4 для быстрого окисления и камеры б 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. Воэдухонагреватель 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 частичная газии фикация горючего. В этом месте водяной пар может вдуваться в угольную смесь, если необходимо увеличить расход газа, т.е. часть углерода должна быть дополнительно газифици рована. Этот водяной пар можно было бы брать из реактора высоких 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 трубо" провод 13 часть требуемого тепла подается к камере б (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 парогенератора, причем в качестве носителя может использоваться инертный гаэ, 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. Гаэ отдает свое тепло в теплообменниках-утиливаторах 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 сгорания парогенератора. Очищенный и охлажденный газ через газовый компрессор 26 подается к устройству 27 для очистки газа от сернистого водорода. Здесь сернистый водород выделяется из газа и подается к установке 28 Клауса, установке 29 для гра15 нулирования серы,и, наконец, к бункеру 30 серы. B устройстве 31 происходит отделение верхних углеводородов так, что в распоряжение поступает газ, который через раСпредели20 тель 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 темпера-

25 тур. Так как при определенной мощности электростанций на угольном топливе, например, 690 МВт и соответствующей мощности газотурбинного процесса, например, 110 МВт, в зависимости от используемого сорта угля, получается больше газа, то этот газ, в сдучае если он не выводится наружу, может быть использован либо в другом открытом газотурбинном процессе, чье тепло используется для теплоцеитрали, либо по-дан парогенератору для сжигания. В дополнительной.газотурбинной уста.новке, которая состоит из воздушноiro компрессора 35 камеры 33 сгора40 ния газовой турбины и газовой турбины 34, часть газа сжигается.Так как, в зависимости от допустимой входной температуры газовой турбины, это сгорание должно происходить

45 с высоким избытком воздуха, выходной газ из газовой турбины поступает с температурой 400 С и избытком остаточного воздуха в камеру 11 сгорания парогенератора по трубопроводу 37. Летучая зола, отделяемая в электрофильтре 19 парогенератора через трубопровод 37, вновь подается к парогенератору и в этой камере расплавляется и затем — как это при55 нято в настоящее время — осаждается в гранулированной форме. Через бункер 38 гранулят угольной золы с гранулированной серой может поступать на горное предприятие.

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

65 этот газ. 1 азификация угля могла бы

1058509

4 происходить только при использовании угля, так как в противном случае получились бы высокие расходы на получение кислорода, что является неэкономичным. Наряду с водоро- дом, 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. 10

В предлагаемой установке из угля получаются только водород, углеводороды, незначительное количество моноокиси углерода и соединенной с водородом серы. 15

Нет необходимости предъявлять к углю особых требований, например, незначительную спекаемость, определенное содержание 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, 40

Возникающий при переработке твердый продукт (коксовая пыль) объединяет в этой форме всю приносимую углем золу, которую можно отделить при сжигании угольной пыли в камере 45 сгорания парогенератора, выполненной в качестве плавильной камеры.

Паротурбинная электростанция отдельно от получения газа, обессеривания и газотурбинного .Процесса 50 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 высощ х температур.

Процессы получения газа и обессе- 60 ривания должны быть отделены от собственно электростанции, чтобы электростанция на угольном топливе могла быть построена раньше с учетом послодующего использования установки 65 для получения газа и обессеривания и работать первое время на обеднен ном серой угле.

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

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

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

Предлагаемая установка отделена также и от реактора высоких температур с воэможностью эксплуатации, т,е. могут быть разработаны несколько электростанций на угольном топливе, объединенные в один блок, с обогащением и переработкой горючего в горючее с объединенным содержанием серы, причем потребность в тепле, покрываемая дымом парогенератора, для обогащения и переработки горючего покрывается затем одним или несколькими реакторами высокой температуры.

Обогащение горючего, а также переработка исходного носителя. энергии (угля:в газообразный продукт) делает возможным экономичную транспортировку .этого носителя энергии в области без полезных ископаемых для переработки там в электрическую энергию или для другого использования.

В предлагаемой установке вследствие переработки угля в различные газообразные и твердые продукты в любое время может происходить согласование соответствующего потребления тока и газа.

Ископаемое топливо служит в качестве накопителя энергии и может в результате увеличения мощности в

1058509

7 редактор р.Ковач Техред И. Костик КоРРектоР В. Бутяга

Заказ 9624/60 Тираж 503 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 месте обогащения и переработки крат ковременно нокрывать максимальную потребность в газе без необходимости .накапливать его.

Обычная в настоящее, время технологик,, 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- энер. гией. К этому следует добавить,.что в Настоящее. время способ обессеривания дыма опробован в недостаточной.степени, чтобы не смог удовлетворить требованиям защиты окружаЫщей среды и части подавления 50<:эмиссии. Способ обессеривания, кроме того, более чем на 20% превышает расходы на производство электрической энергии . Вследствие растущего уменьшения жидких и газообразных носителей энергий все,большее значение для производства газа в электри:ческой, энергии придается твердым полезныи ископаемьм. 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 обессеривании дыма) .

Так как предлагаемая установка для улучшения процесса получения электроэнергии из угля при одновременном обессеривании и связана с удалением газа и в случае необходимости с газификацией горючего, то предоставляется возможность испольэовать не только проьышленный гаэ, 10,полученный таким образом, или гаэ для общего пользования, но и другие продукты газификации, например бензол. Необходимость изготовления больших количеств промызленного га15 за 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 полученнога газа в количестве, сравнимом с использованием нефти °

Дополнительно можно газифицировать часть полученной коксовой пыли с водяным паром путем частичного сжигания их или подачи тепла снару"

30 жи, например тепла иэ ядерной энергии °