Энергетическая установка с подземной газификацией угля

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 01 К 23/06, 13/00

ГОСУДАР СТВЕ НН Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

f1P N ГКНТ СССР

,г (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4669049/06 (22) 27.03.90 (46) 15.06.92. юл. М 22 (71) Московский горный институт и Производственное объединение "белгородский завод энергетического машиностроения" (72) А.С.Бурчаков, В.Н.Закривидорога, Г.И.Селиванов, Е.Ф.Цапенко, И.И.Волошиновский, И.В.Горбатенко, В.А,Грязнов и В.Д.Белоус (53) 621.311 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . N 1533408, кл. F 01 К 23/06, 1987, (54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С

ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ УГЛЯ (57) Изобретение отйосится к геотехнологической разработке угольных пластов и может быть использовано для утилизации энергии продуктов сжигания .топлива, С целью повышения эффективности энергетическая установка с подземной газификацией угля, содержащая газогенератор 1 с дутьевым и тяговым вентиляторами 2 и 14

Изобретение относится к горному делу, в частности к геотехнологической разработке угольных пластов, и может быть использовано для преобразования и утилизаций энергии продуктов сжигания топлива (газификации), в том числе, угольного пласта в подземных условиях, т.е. такого угольного предприятия, продукцией которого является не уголь и горючий газ, а тепловая и электрическая энергия, Известны горные предприятия, оборудованные устройствами по переработке угля в горючий газ с попутной утилизацией тепловой энергии, выделяющейся в процес„„5U„„1740708 А1 соответственно, первый электрогенератор

3, связанный с валом бескомпрессорной утилизационной газовой турбины 4, перед которой расположен узел 5 газоочистки, второй электрогенератор 6, связанный с валом паровой турбины 7, запитанной с выхода первого контура 8 теплопередачи, введенные второй котел-утилизатор 11 со вторым контуром 12 теплопередачи, на входе которого установлен второй циркуляционный насос 13, в первый котел-утилизатор

9 кроме первого контура 8 введен третий контур 15 теплопередачи, а газогенератор 1 охвачен четвертым контуром 19 теплопередачи, заполненным высокотемпературным теплоносителем, подаваемым циркуляционным насосом 18. Наличие контура теплопередачи, контактирующего с очагом горения, позволяет повысить эффективность преобразования тепловой энергии горящего угля путем исключения традиционной добычи угля и его транспортирования к месту сжигания. 2 ил.! .Ь

С> се подземной газификации угля с утилизацией выделяющейся тепловой энергии, содержащими три системы трубопроводов, Q() проложенных по двум параллельным туннелям, между которыми расположены части угольного пласта, подлежащие газификаI ции, которые в совокупности с упомянутыми трубопроводами. а также тягодутьевым оборудованием образуют подземный газогенератор.

Недостатком тако;о устройства является получение конечного продукта в виде горючего газа, а не электроэнергии; Это существенно усложняет технологию перера1740708

Известно также устройство для преоб- 25 жен узел.5 газоочистки, второй электрогенератор 6, связанный с валом паровой турбины 7, запитанной с выхода первого контура теплопередачи 8. расположенного в первом котле-утилизаторе 9, первый насос

10 (питательный), установленный на входе первого контура теплопередачи 8, введенные второй котел-утилизатор 11 с контуром теплопередачи 12, на входе которого установлен второй насос 13, циркуляционный, причем второй котел-утилизатор 11 установлен между узлом 5 газоочистки и входом

5 газовой турбины 4, в качестве которой применена бескомпрессорная утилизационная газоэая турбина (ГУБТ), тяговый вентилятор (дымосос) 14, установленный между узлом газоочистки 5 и газовым выходом котла утилизатора 9, в который кроме первого контура теплопередачи 8, введен контур теплопередачи 15, охватывающий первый контур снаружи и контактирующий с. ним непосредственно через поверхность тепло5 обмена, Причем, контуры 8 и 15 теплоизолированы кожухом 17 от дымовых газов..

Всас питательного насоса 10 связан с выхлопным патрубком турбины 7 через конденсатор (холодильник) 16 и устройства обработки пароконденсата и питательной

40

50 ботки угля, а также хранения и транспортировки полученного горючего газа по сравнению с электроэнергией.

Известны также способ и устройство для подземной газификации угля и сбора тепла, которые основываются на непосредственном вводе в пласт специальных гаэифицирующих реагентов при контролируемых температуре и давлении. Это устройство содержит трубопровод с форсункой на конце, через которую распыляются упомяну.тые реагенты, обвитый вторым трубопроводом-змеевиком с циркулирующей жидкостью для отвода тепла, отбираемого у исходящих горючих газов. Обе системы трубопроводов по скважине опущены в зону горящего угольного пласта.

Недостатком данных способа и устройства являются весьма высокая сложность технологического процесса газификации применение дорогостоящих реагентов и низкая эффективность, обусловленная локальным применением в ограниченном пространстве.. разования энергии продуктов сжигания топлива, например угля, которое включает в себя газогенератор, выполненный в виде топочного котла с наддувом от компрессора, первый электрогенератор, установленный на валу газовой турбины, перед которой .оасположен узел газоочистки, котел-утилизатор (экономайзер) с паровой турбиной, на валу которой установлен второй электрогенератор, причем у паровой турбины предусмотрен промежуточный отбор пара для теплофикации.

Недостатком этого устройства является выполнение газогенератора в виде топочного котла, что предполагает предварительную добычу угля традиционным способом, а также установка газовой турбины перед котлом-утилизатором с паровым циклом, что снижает эффективность установки в целом, .так как сбрасываемый в атмосферу газ обладает еще значительным запасом тепловой и кинетической энергии, которая могла бы .быть утилизирована газовой бескампрессорной турбиной.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является энергетическая установка с подземной газификацией угля, включающая в себя газогенератор с дымососом на входе и котлом-утилизатором на выходе, выполненным в виде в канале по ходу газа размещены три теплообменные поверхности, первая из которых включена в теплопередающий контур с турбиной.

Недостатком прототипа является необходимость применения ниэкокипящего рабочего тела. например хладона,. во втором контуре утилизации для обеспечения достаточно эффективного процесса глубокого охлаждения продуктов подземного сжигания угля.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования энергии сжигания (газификации) угля в подземных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая установка с подземной газификацией угля снабжена газовой турбиной, размещенной на выходе котлаутилизатора, третья теплообменная поверхность включена в теплопередающий контур эа первой теплообменной поверхностью по ходу рабочей среды, при этом две первые теплообменные поверхности выполнены в едином теплоизолированном кожухе, а дополнительный дымосос размещен в канале перед третьей теплообменной поверхностью.

На фиг,1 изображена функциональная схема энергетической установки с подземной газификацией угля, Установка содержит газогенератор 1 с дутьевым оборудованием (вентилятором) 2, первый электрогенератор 3, связанный с валом газовой турбины 4 (бескомпрессорной утилизационной), перед которой располо1740708 воды, которые на схеме не показаны (градирня, деаэратор,, питательная емкость и др.), т.к. включены в схему стандартно между насосом 10 и холодильником 16.

Контур теплопередачи 12 входом через насос 13 связан с выходом контура 15, а выходом — через насос 18 с входом контура

19, который через клапаны-отсекатели 20, 21 и задвижку 22 связаны с входом контура

15. Выход дымовых газов газогенератора 1 связан с входом котла-утилизатора 9 скважиной (трубопроводом) по которой поступают дымовые газы, внутри которой проходят трубы контура 19, заполненные высокотемпературные теплоносителем, например, азотом. Между входящим и исходящим трубопроводами теплопередающего контура

19 включены поперечные параллельные ветви 23, количество которых определяется расчетным путем исходя из мощности сжигаемого угольного блока 36, который эти ветви 23 пронизывает насквозь или расположены вблизи плоскости угольного блока

36; Перемычки 37 и 38 разделяют свежую струю воздуха (оконтуренные стрелки), подаваемого вентилятором 2 или самотоком от струи дымовых газов (через стрелки), откачиваемых тяговым вентилятором 14. Поток газа после узла 5 газоочистки показан стрелками, заштрихованными продольнопоперечными линиями. Перемычки 39 и 40 предотвращают утечку дымовых газов по подземным выработкам. Электрооборудование для подключения электрогенераторов 3 и 6 к сети используется стандартное и поэтому на чертеже не показаны.

На фиг.2а и фиг.2б изображены два варианта устройства для обеспечения теплового контакта между высокотемпературным теплоносителем контура 15 и рабочим тепоае турбины 7 контура 8. Первый вариант основан на применении пластинчатого или ребристо-пластинчатого теплообменника, а второй вариант реализуется по принципу труба в трубе, При этом допускается наличие теплоиэолирующего экрана 17, охватывающего данные контуры снаружи. создавая замкнутое пространство ослабляющее рассеивание тепла в среде дымовых газов и далее в атмосфере, окружающей котел-утилизатор 9.

Устройство для преобразования энергии продуктов сжигания угля функционирует следующим образом.

Инициируют возгорание угля в газогенераторе 1 подавая в него воздух самотоком или дутьевым вентилятором 2 и откачивая газообразные продукты горения тяговым вентилятором (дымососом) 14. Тем самым обеспечивается прохождение нагретых ды5

15

35 ее стандартного исполнения.

Для обеспечения нормальной эксплуа40

50

30 мовых газов через котел-утилизатор 9, в котором возникает разрежение, так как он установлен на всасе тягового вентилятора 14.

Пройдя через вентилятор. 14 дымовой газ поступает в узел 5 газоочистки, после чего очищенный дымовой газ подается во второй котел утилизатор 11, после которого этот газ поступает в газовую турбину 4, в качестве которой целесообразно использовать газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ) в которой газ расширяется и охлаждается совершая при этом механическую работу, затрачиваемую на привод электрогенератора 3, а отработанный дымовой газ сбрасывается в атмосферу после улавливания ядовитых и:горючих компонентов, Проходя через котел-утилизатор 9, дымовые газы обтекают контуры 8 и 15 снаружи, исключая тем самым их теплообмен с атмосферой, но при этом сами отбирают часть тепла у контура 15 и переносят его через узел 5 газоочистки в котел-утилизатор t1, в котором дымовые газы дополнительно подогреваются контуром 12, являющимся продолжением контура 15.

При этом высокотемпературный теплоноситель последовательно проходит оба котлаутилизатора 9 и 11 и возвращается снова к очагу горения. угольного блока насосами 13 и 18. В контуре 8 образуется рабочее тело (водяной пар), который поступает в турбину

Т, приводящую в движение электрогенератор 6, связанный с шинами электроподстанции, которая на чертеже не показана ввиду тации трубопроводов 19 снабжен задвижкой 22 и клапанами-.отсекателями 20, 21, 24, 25 ... 35, которые исключают прохождение нагретого теплоносителя по трубам 23, не находящимся в зоне очага горения, а также в случае прогара какой-либо ветви трубопровода 23 обеспечивается ее автоматическая отсечка от остального трубопровода, Поскольку узел газоочистки 5 и контур

12 в котле-утилизаторе 11 установлены на выходе тягового вентилятора 14, то при преодолении их сопротивления возникает избыточное давление, которое достаточно для нормальной работы газовой утилизационной бескомпрессорной турбины.

Таким образом. все контуры теплообменника являются замкнутыми и взаимосвязанными, что позволяет обеспечить автоматическое регулирование процессов теплообмена и преобразования тепловой энергии сжигаемого в газогенераторе 1 угля в электрическую энергию путем регулирования числа оборотов циркуляционных насо1740708 сов 13 и 18, а также дутьевого и тягового вентиляторов 2 и 14 соответственно, Внешние части трубопроводов 19, а также их части пролегающие по скважинам или стволам вплоть до теплообменникэ 9 подлежат обмуровке для уменьшения теплообмена с окружающей средой.

Высокотемпературный теплоноситель в контурах 12, 15, 19, 23 может быть жидкостью (например, вода), тогда.нагнетатель и узел 13 и 18 является насосом, а может быть газом (например, азот) тогда нагнетатель 13 и узел 18 являются компрессорами.

По скважине или стволу трубопровод 19 находится в среде дымовых газов, исходящих под действием дымососа 14 и находящихся в контакте с обсадными трубами скважины или армировкой и стенками ствола шахты.

Данная установка может быть также использована применительно к наземным газогенераторам, а после соответствующей модернизации — к коксовым батареям.

Формула изобретения

Энергетическая установка с подземной газификацией угля, включающая газогене5 ратор с дымососом на входе и котлом-утилизатором на выходе, выполненным в виде канала с дополнительным дымососом, при этом в канале по ходу газа размещены три теплообменные поверхности, первая из ко10 торых включена в теплопередающий контур газогенератора, а вторая — в паросиловой контурс турбиной, отл ича ю щая с я тем, что, с целью повышения эффективности, она дополнительно снабжена газовой турбиной, 15 размещенной на выходе котла-утилизатора, третья теплообменная поверхность включена в теплопередающий контур за первой теплообменной поверхностью по ходу рабочей среды, при атом две первые теплооб20 менные поверхности выполнены в едином теплоизоляционном кожухе, а дополнительный дымосос размещен в канале перед третьей теплообменной поверхностью. 1740708

Яжмойй аю

Составитель И.Волошиновский

Техред ММоргентал Корректор Т.Малец

Редактор .М.Васильева. Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2065 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С(:СР

313035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5