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Fédération de Russie Patent RU2105040

CYCLE COMBINÉ TURBINE GAZ SYSTEME D'ALIMENTATION AVEC plasma gazéification du charbon thermique

CYCLE COMBINÉ TURBINE GAZ SYSTEME D'ALIMENTATION AVEC plasma gazéification du charbon thermique

Nom de l'inventeur:. Koren'kov VI; Scrubs BA. Popov Yu.S.
Le nom du titulaire du brevet: Open Joint Stock Company "NovosibirskNIIhimmash"; Public Corporation "Sibérie occidentale Iron & Steel Works"
Adresse de correspondance:
Date de début du brevet: 29.03.1995

Utilisation: pour produire de l'électricité et de la chaleur, la production de produits d'hydrocarbures liquéfiés et gazeux à partir du charbon dans toute l'industrie. Le générateur de vapeur selon l'invention 4 est installé à l'intérieur du plasma gazéificateur thermique 3 et fluidiquement reliée à la turbine à vapeur 6 de la première turbine à vapeur, l'unité d'alimentation en charbon 1 à la première torche à plasma et 5. Le générateur de vapeur 18 est installé à l'intérieur du HRSG 17 par le brûleur à gaz 19 pour la combustion du gaz de synthèse et en liaison hydraulique avec la turbine à vapeur de la seconde turbine à vapeur 20, l'unité d'alimentation en charbon 1 et la seconde torche à plasma 5. les deux générateurs de vapeur reliés de manière fluidique avec le circuit de récupération de chaleur 30. La turbine à gaz d'échappement 25, l'unité de turbine à gaz 23 est disposé dans la chaudière de récupération de chaleur 17 dans son action de la flamme d'une zone de brûleur à gaz 19 et est reliée hydrauliquement via l'échangeur de chaleur 18 et extracteur de vapeur 27 à la pile 28. Le système de purification du gaz de synthèse a une première étape 10 - et le deuxième étage humide 14 - sec. Les étapes associées au plasma thermique gazéificateur 3 en utilisant paroezhektora 8, et entre eux - avec l'aide de la soufflerie 13. L'usine peut fonctionner selon trois modes.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le secteur de l' énergie, en particulier à une centrale à cycle combiné avec un plasma gazéification thermique combinée du charbon destiné à la production d'électricité et de chaleur, la production de produits d'hydrocarbures liquéfiés et gazeux à partir du charbon.

L'invention peut être utilisé dans toute l'industrie, y compris l'industrie chimique et métallurgique, à savoir toutes les industries où il existe une demande pour l'électricité, de chauffage ou de gaz de synthèse.

En abordant les problèmes régionaux du choix de la technologie pour la transformation des matières premières locales sont souvent décidé en faveur de la technologie, ce qui assure un maximum de profits de la matière première à des coûts d'investissement et d'exploitation faibles. Cependant, la détérioration de la situation écologique dans le monde exige de nouvelles exigences, pour cette raison, aucune des technologies existantes ne peut pas être économiquement viable si elle ne fournit pas les exigences environnementales. Pour cette raison, la combustion directe du charbon à cogénération dans d'autres installations similaires devenir rentable et peu pratique en raison de la grande quantité de substances nocives éjectées dans l'atmosphère.

Combiné centrale de cycle avec la gazéification du charbon intracyclique résoudre partiellement ce problème et, par conséquent, sont considérés aujourd'hui comme l'un des domaines prometteurs pour réduire le taux de chaleur pour la production d'électricité dans les systèmes respectueux de l'environnement.

Toutefois, les frais pour les technologies propres de combustion du charbon dans les plantes ci-dessus est très élevé, en plus, ils ont les pires paramètres: la consommation spécifique dans les centrales à cycle combiné avec gazéification du charbon 15 - 20% de plus que les centrales classiques.

Un appareil connu pour la production d'électricité à partir d'un combustible hydrocarboné par un procédé comprenant la gazéification du combustible dans un réacteur en présence de vapeur d'eau par chauffage indirect, la purification du gaz de synthèse produit à partir de particules solides et de soufre, de la combustion de la première partie de l'alimentation en gaz de combustion de synthèse purifié dans une turbine à gaz pour produire de puissance, qui, afin de simplifier le processus de la deuxième partie est brûlée du gaz de synthèse purifié et les produits de combustion obtenus sert de milieu d'échange de chaleur dans le réacteur pour le chauffage indirect du carburant, et après le passage à travers le réacteur est envoyé à la turbine à gaz [1]. Dans lequel la seconde portion du gaz de synthèse purifié est brûlé avec un excès d' oxygène, la température des produits de combustion introduits dans le réacteur sous forme d' une entrée de fluide d'échange de chaleur est maintenue dans l'intervalle de 850 à 1000 ° C, et la sortie de -750 à 850 ° C, tandis que la température les produits de combustion à l'entrée pour fournir une turbine à gaz dans la plage de 900 à 1000 ° C par combustion d' une partie du gaz purifié. En outre, les produits de combustion de la turbine à gaz est fourni à la vapeur d'eau ou d'un générateur de vapeur de chauffage d'eau d'alimentation surchauffé. L'entrée de vapeur à l'étape de gazéification, est obtenue par refroidissement du gaz de synthèse ou d'une turbine à gaz de produit, les produits de combustion ou une partie du gaz de synthèse purifié, tandis que le gaz de combustion résultant est mélangé avec de la vapeur et envoyé à l'étape de gazéification.

Le procédé ci-dessus présente plusieurs inconvénients.

Effectuer le chauffage indirect du charbon gazéifié est difficile et n'a pas encore réussi à tout gazéificateur industriel. Circuit se produire de l'électricité et du gaz de synthèse ne sont pas flexibles et difficiles à gérer. Pour assurer un mode optimal immédiatement quatre unités assis sur le même arbre (générateur, compresseur d'air et turbine à gaz à deux étages), il est pratiquement impossible, d'autant plus que le chauffage indirect des produits de combustion avant la deuxième étape de la turbine à gaz premiers produits aussi énergétiquement désavantageux de combustion de la scène.

Connu un autre combustible solide traitement par plasma à faible teneur réglage Power Technology, comprenant deux vapeur et une turbine à gaz avec une puissance, plasma thermique unité de gazéification du charbon d'alimentation, générateurs de vapeur, la chaudière de récupération de chaleur, une chambre de combustion, un accumulateur de gaz, système de purification de gaz, des compresseurs d'air et de gaz et de catalyseur réacteur pour la production d'hydrocarbures liquéfiés [2].

Enfin relié au réacteur chimique à plasma du combustible de faible qualité, qui est connecté en série avec l'unité de trempe à lit fluidisé avec des surfaces chauffantes intégrées et des turbo-générateur pour produire de l'électricité.

Le rendement de l'installation est augmentée par l'émission de produits plus chers - l'acétylène et du soufre. Cependant, le coût du réacteur chimique à plasma, pour la gazéification de combustibles solides dans cet agencement, et sont importants et ne peuvent être compensées que par l'augmentation de la valeur du produit obtenu, et un procédé relativement coûteux. Les inconvénients de cette installation doivent comprendre le fait que, pour son fonctionnement, il a besoin d'une source supplémentaire d'oxygène, et par conséquent des coûts de production supplémentaires. Dans le réacteur à plasma thermique sans séparation accidentelle du mélange résultant de gaz de méthane et de gaz de synthèse, et leur dispositif de séparation est pas fourni. La combustion du charbon dans une telle installation, selon le demandeur, est possible en raison de l'absence de dispositifs pour la séparation des oxydes de soufre et d'azote. En outre, le réacteur à lit fluidisé et un faisceau de tubes pour la production de vapeur à travers l'utilisation de la chaleur sera peu efficace en raison du mauvais transfert de chaleur à partir de particules solides à la flambée des réactifs (eau), en faisant passer le faisceau de tubes.

Le résultat technique de l'invention est de fournir une centrale à cycle combiné à gazéification de plasma thermique de charbon avec des paramètres élevés environnementaux et énergétiques ingénierie, système de gestion flexible et mobile, capable de fournir une transition rapide et facile d'un mode à l'autre, y compris le début et le mode d'arrêt, et la création de l'installation une large gamme de produits manufacturés, y compris la production de chaleur et d'électricité, tout en émettant simultanément des produits hydrocarbonés de consommation tels que l'essence, de l'acétylène, etc.

Pour atteindre ledit résultat technique dans une installation vapeur combiné gaz avec le plasma gazéification thermique de charbon comprenant deux vapeur et une turbine à gaz avec une puissance, plasma thermique unité de gazéification du charbon d'alimentation, générateurs de vapeur, la chaudière de récupération de chaleur, une chambre de combustion, un accumulateur de gaz, système de purification de gaz, l'air et le gaz les compresseurs et un réacteur catalytique pour la production d'hydrocarbures liquéfiés selon l'invention, l'un des générateurs de vapeur montés à l'intérieur du plasma gazéificateur thermique ayant deux torche à la vapeur d'eau et est relié hydrauliquement à la turbine à vapeur, une unité d'alimentation et l'une des torches à plasma, un second générateur de vapeur est installé à l'intérieur de la chaudière à chaleur perdue par brûleur à gaz pour la combustion du gaz de synthèse et sont en liaison hydraulique avec une deuxième turbine à vapeur unité d'alimentation de charbon et de la seconde torche à plasma, à la fois le générateur de vapeur en communication fluidique avec le circuit de récupération de chaleur, et les gaz d'échappement provenant de la turbine à gaz est situé à l'intérieur de la chaudière de récupération de flamme zone de couverture de son brûleur à gaz et relié hydrauliquement à travers un échangeur de chaleur et extracteur de vapeur à la conduite d'évacuation.

Système de purification de gaz de synthèse est divisé en deux phases, associée à plasma gazéificateur thermique à l'aide paroezhektora et reliés entre eux - par le biais de la soufflante, dont la première étape de la voie humide et comprend un dispositif de barbotage centrifuge avec un liquide absorbant la boucle de recirculation et d'un dispositif pour enlever la boue et la deuxième étape sèche et comprend plug-in filtres et catalyseurs électriques avec un dispositif pour l'élimination du soufre et ses composés.

En outre, un brûleur à gaz de la chaudière de récupération, une turbine à gaz de combustion et un accumulateur hydraulique à gaz est relié au compresseur à gaz à basse pression situé après le second étage du système de purification de gaz de synthèse.

En outre, dans le compresseur de gaz réacteur catalytique du gaz de synthèse conduit d'alimentation monté et que le dispositif à haute pression est prévu pour l'apport de produits gazeux et liquides de gazéification, comme le gaz de synthèse et de l'essence.

Décrit l'installation illustrée par un dessin, qui représente un schéma d'écoulement de la centrale à cycle combiné selon une gazéification du charbon thermique du plasma et le réacteur catalytique pour la production d'hydrocarbures gazeux liquéfié et le plus grand nombre de produits.

CYCLE COMBINÉ TURBINE GAZ SYSTEME D'ALIMENTATION AVEC plasma gazéification du charbon thermique

Combiné unité de turbine à gaz à cycle comprend: une trémie 1 pour le charbon gazéifié alimentation 2, le plasma gazéificateur thermique 3, son steamer 4, torches à plasma de turbine 5 vapeur 6 gazéificateur laitier collection 7 paroezhektor 8, appareil centrifuge bullage 9 premier système de purification étage 10, circuit 11, la régénération du liquide de shlamopriemnik absorbant 12, le ventilateur 13, le second système de purification étape 14, le compresseur 15, réfrigérant à basse pression 16, HRSG 17, son générateur de vapeur 18, le brûleur à gaz 19, une turbine deuxième usine de vapeur 20, compresseur d'air 21, une chambre de combustion 22 , turbines à gaz de l'unité 23 zolapriemnik 24, échappement 25 de la turbine à gaz, l'échangeur de chaleur 26, induite par le projet de ventilateur 27, la pile 28, la pompe principale 29, la chaleur circuit 30 en utilisant, accumulateur de gaz 31, compresseur haute pression 32, refroidisseur de gaz 33, le syngaz distributeur 34 , un dispositif de transport 35 pour collecter le produit gazeux, comme le gaz de synthèse, le réacteur catalytique 36, le chargement dispositif 37 produits d'hydrocarbures, le dispositif de transport 38 pour prendre la gazéification du produit liquéfié, tel que l'essence et le produit liquéfié de stockage 39.

Turbine à vapeur 6 et 20 comprennent chacune une turbine à vapeur avec un générateur électrique, un générateur de vapeur pour son entraînement et un certain nombre d'unités auxiliaires. Unité de turbine 23 comprend une turbine à gaz avec un générateur électrique, une chambre de combustion 22 et un compresseur d'air 21 pour une combustion plus efficace du carburant dans la chambre de combustion.

Bunker 1, chargeur 2 et alimentation reliant la trémie 1 à travers le distributeur 2-3 gazéificateur (le chiffre est pas indiqué à) forment une unité de distribution de charbon dans le plasma gazéificateur thermique 3. Ce dernier a deux torche à plasma 5 à la vapeur d'eau. Le générateur de vapeur 4 est installé à l'intérieur du gazéificateur thermique du plasma et relié hydrauliquement à la première turbine à vapeur 6, et d'alimentation noeud de charbon avec un générateur de vapeur 5. Les torches à plasma 18 installé à l'intérieur du HRSG 17 par le brûleur à gaz 19 pour la combustion du gaz de synthèse et sont en liaison hydraulique avec une seconde turbine à vapeur 20 , unité d'alimentation en charbon et la deuxième torche à plasma 5. Dans ce cas, à la fois le générateur de vapeur de manière fluide connectés avec le circuit de récupération de chaleur 30. Échappement de la turbine à gaz 25, l'unité de turbine à gaz 23 est disposé dans la chaudière de récupération de chaleur 17 dans sa zone d'action de la flamme du brûleur à gaz 19 et est reliée hydrauliquement via l'échangeur de chaleur 26 du générateur de vapeur 18 et le projet de ventilateur 27 amené à la pile 28.

Système de purification du gaz de synthèse est divisé en deux phases, associée à plasma gazéificateur thermique 3 par l'intermédiaire paroezhektora 8 et reliés entre eux au moyen de soufflantes 13. Le premier étage 10 et un nettoyage par voie humide comprend un appareil de barbotage centrifuge 9 avec une boucle de recirculation et un liquide absorbant pour l'instrument de prélèvement 12 suspension. La seconde étape 14 de nettoyage à sec, et comprend des plug-in filtres électriques et des catalyseurs avec un dispositif pour l'élimination du soufre et ses composés.

Le brûleur à gaz 19, HRSG 17, la chambre 22 de la turbine à gaz 31 et l'accumulateur de gaz est en liaison hydraulique avec le compresseur de gaz 15 de basse pression située après la deuxième étape 14 de purification du gaz de synthèse.

Le compresseur de gaz 32 est installé dans la conduite haute pression 36, le gaz de synthèse d'alimentation du réacteur catalytique.

Les travaux sur la centrale à cycle combiné avec un plasma gazéification thermique combinée du charbon est fourni dans plusieurs modes: la distribution de la chaleur à un mode de puissance de sortie et le mode de sortie des produits d'hydrocarbures liquéfiés et gazeux plus grand nombre, par exemple, le benzène, le gaz d'acétylène et de synthèse.

Montage selon la premier mode de fonctionnement est le suivant. Du charbon pré-concassés provenant de la trémie 1 par l'intermédiaire du distributeur 3 par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation est amené à un gazéificateur 3 qui coopère avec la torche à 5 plasmatron, il est gazéifié. La trempe de gaz de synthèse résultant, en passant générateur de vapeur échangeur de chaleur 4, pénètre dans le paroezhektor 8 et plus loin - dans un appareil de barbotage centrifuge 9 de la première étape 10, le système de nettoyage. Purifié dans le champ de vortex tournant de la poussière et ballastiruemogo gaz, le gaz de synthèse est fournie à l'entrée d'un ventilateur 13 qui la dirige dans le deuxième système étape 14 de purification, dans laquelle elle est séchée et purifiée à partir de soufre et de ses composants, puis transmis à l'entrée du compresseur 15 . Après refroidisseur 16 du gaz de synthèse purifié envoyés au brûleur à gaz 19, tandis que son excès dans l'accumulateur de gaz 31. dans la chaudière de récupération du gaz de synthèse est brûlé avec un excès d'oxygène qui est alimenté à partir du compresseur d'air 21. syngaz soufflés et les gaz produits au cours de ce passage de l'échangeur 26 échangeur de chaleur du générateur de vapeur 18 et de la chaleur par l'extracteur 27 sont jetés par la cheminée 28 dans l'atmosphère. A cette époque, le laitier à partir d'un gazéificateur 3 entre shlakosbornik 7, la suspension à partir du premier système de nettoyage de l'étape 10 - un capteur à puce 12. résidus Poussières de HRSG 17 pour accumuler zolasbornike 24. Toute la chaleur générée lors de la combustion de la gazéification du charbon et du gaz de synthèse est donnée par l'échangeur de chaleur de l'eau pompée à travers eux par la pompe 29 et disposé dans le circuit 30. Cette chaleur est utilisée pour chauffer un local, ou - dans le processus.

Les travaux d'installation dans le second mode est effectué comme suit

Le charbon broyé de la trémie 1 à travers le distributeur 2 au moyen du dispositif d'alimentation est introduit dans le gazéificateur 3. Avec l'inclusion de torches à plasma 5 du générateur de vapeur 4 commence à produire de la vapeur, qui est envoyé à une turbine centrale à vapeur 6, dans lequel l'eau pompée à travers le circuit 30 est réalisée uniquement dans le mode d'exécution. Avec la formation d'une quantité importante du gaz de synthèse de gazéificateur après le séchage et la purification finale sont envoyés au brûleur à gaz 19 HRSG 17 et parallèle à l'unité de turbine à gaz 23. La chambre de combustion 22 formée dans le générateur de vapeur 18, HRSG 17, la vapeur est dirigée dans la turbine deuxième usine de vapeur 20. Tous installation de l'énergie électrique générée, ce qui élimine la nécessité de posséder, va au consommateur. Brûlé dans la chambre de combustion 22 à travers le gaz de synthèse avec la turbine à gaz d'échappement 25 est réinjecté dans la zone de flamme 19 de la chaudière de récupération à 17. Les gaz résultant de la combustion, comportant un échangeur de chaleur 26, le ventilateur d'échappement 27 sont jetés par la cheminée 28 dans l'atmosphère. En fonction du mode d'installation de l'excès ou le manque de gaz de synthèse, respectivement, consommé ou stocké dans un accumulateur de gaz 31. La pompe 29 peut être inclus, le cas échéant, qui alimentera la centrale à turbines à vapeur et à maintenir la température dans le gazéificateur 3 et la chaudière à chaleur perdue 17 à un niveau prédéterminé. Refroidissement shlakopriemnika 7 shlamopriemnika zolapriemnika 12 et 24, comme les réfrigérateurs et le refroidissement des unités de turbines à vapeur 6, 20 et le compresseur basse pression et haute pression est fournie par une pompe supplémentaire (le dessin est non représenté), et évacuation de l'excès de chaleur par l'intermédiaire du bureau 30.

dans le troisième mode, les travaux d'installation comprend l'inclusion supplémentaire de torches à plasma 5 du gazéificateur 3 et le compresseur 15, y compris diriger la totalité du gaz de synthèse dans l'accumulateur de gaz 31 ou au compresseur 32. Dernier produit du gaz de synthèse à travers l'unité vanne 34 et le transport 35 fournit le travail de l'utilisateur ou d'un réacteur catalytique 36 produits dérivés qui sont émis par le dispositif 37 et le dispositif de transport 38 au consommateur ou accumulent sous forme liquéfiée dans le stockage 39. dans cette usine de turbine 20 HRSG 17 est éteint, et l'unité de turbine à gaz 23 - en mode veille, brièvement rejoint dans le travail le manque d'énergie ou l'accumulation d'une quantité excessive de gaz de synthèse électrique. La turbine à vapeur et turbine à gaz généré 6 23 d'énergie électrique est à ce moment seulement pour ses propres besoins (torches à plasma, pompes, compresseurs).

Ces exemples installent les modes ne limitent pas son utilisation. Il peut fonctionner dans d'autres modes et - lors de l'émission d'une chaleur à la consommation, l'électricité, le gaz de synthèse, de l'acétylène et de l'essence en même temps. Le rapport du produit à distribuer est fonction des besoins du consommateur. Par exemple, la chaleur en hiver est le consommateur en premier lieu, et un consommateur d'essence - dans le second, une année au cours de la chaleur - bien au contraire. Installation et chargement quotidien dicté par les exigences des consommateurs, comme la nuit l'énergie électrique peuvent être utilisés pour la production de gaz de synthèse, de l'acétylène ou le benzène, et le matin et le soir délivré au consommateur. Cela garantit une utilisation maximale de la capacité installée de l'équipement et l'exploitation rentable de son temps. Dans cette installation ne nécessite ni équipement sophistiqué ni onéreux quand il est le passage d'un mode à l'autre. En cas d'urgence déclenchant presque immédiatement.

REVENDICATIONS

1. Une centrale à cycle combiné à gazéification thermique à plasma du charbon, y compris un et deux turbines à vapeur avec du gaz d'alimentation, le plasma gazéificateur thermique avec l'assemblage d'alimentation en charbon, générateurs de vapeur, la chaudière de récupération de chaleur, une chambre de combustion, un accumulateur de gaz, système de purification de gaz, des compresseurs d'air et de gaz, et le réacteur catalytique pour obtenir un hydrocarbure liquéfié, caractérisé en ce que l'un des générateurs de vapeur installé à l'intérieur du plasma gazéificateur thermique ayant au moins deux torche à plasma à la vapeur d'eau et est relié hydrauliquement à la turbine à vapeur unité d'alimentation de charbon et l'une des torches à plasma, un second générateur de vapeur est installé à l'intérieur de la chaudière à chaleur perdue par brûleur à gaz pour la combustion du gaz de synthèse et sont en liaison hydraulique avec une deuxième turbine à vapeur unité d'alimentation de charbon et l'autre torche à plasma, à la fois le générateur de vapeur en communication fluidique avec le circuit de récupération de chaleur, et les gaz d'échappement provenant de la turbine à gaz est situé à l'intérieur de la chaudière de récupération de flamme zone de couverture de son brûleur à gaz et relié hydrauliquement à travers un échangeur de chaleur et extracteur de vapeur à la conduite d'évacuation.

2. Installation selon la revendication. 1, caractérisée en ce que le système de purification du gaz de synthèse est divisé en deux étapes associées à l'utilisation du plasma gazéificateur paroezhektora thermique et reliés entre eux par l'intermédiaire de la soufflante, dont la première étape comprend un dispositif de bouillonnement humide et centrifuge avec une boucle de recirculation liquide absorbant et le dispositif pour retirer de la boue et la deuxième étape est sec et comprend un bloc amovible et des catalyseurs dispositif électrostatique pour l'élimination du soufre et ses composés.

3. Appareil selon la revendication. 2, caractérisé en ce que le brûleur à gaz de la chaudière de récupération, une turbine à gaz de combustion et un accumulateur de gaz relié hydrauliquement au compresseur à gaz à basse pression situé après la deuxième étape du système de purification de gaz de synthèse.

4. Appareil selon la revendication. 3, caractérisé en ce que les lignes de gaz de synthèse du réacteur catalytique d'alimentation montés compresseur de gaz et le dispositif à haute pression est prévu pour l'apport de produits gazeux et liquides de gazéification, comme le gaz de synthèse et de l'essence.

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Date de publication 07.01.2007gg