Установка для переработки угля и получения электроэнергии и газа

СОЮЗ СОВЕТСНИХ шювемаае РЕСПУБЛИН ( р 01 К 23 003 0(50 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 996/23-21.7500772,51.74 83. Бю Шустер 44 ау Книциа К.ШтайнмюлКлаус Кни088,8).анов З.Ф.плива и э5 (протот ера ГмЬХРГ) Некоторыенергетики. М.,ип).(54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИУГЛЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И(56) 1, Чухпроблемы то1961, с, 32 ГАЗА, содержацая устройство для измельчения угля, устройство для гази- Фикации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топкой для сжигания кокса, паровую турбину и устройство для очистки полученного газа, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения стабильной работы, повышения производительности и обцего 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,ЗЧИзобретение относится к установкам для переработки угля и полученияиз него твердых и газообразных продуктов для производства электроэнергии и газа. Известна установка для переработки угля и получения электроэнергиии газа, содержащая устройство дляизмельчения угля, устройство длягазификации угля с получением коксаи газа, парогенератор с топкой для 1 Осжигания кокса, паровую турбину иустройство для очистки полученногогаза 1 .Недостатком известной установкиявляется нестабильная работа в результате неравномерного потребле-ния электрОэнергии, несогласованно-го с проиэводетвом.Кроме того, производительностьустановки ограничена и должна бытьсогласована с производительностьюпарогенератора. Недостаточно высокий КПД установкй, в .частности,обусловлен тем, что требуется затратить топливо для нагрева воздуха,поступающего в топку парового котла.Цель изобретения - обеспечениестабильной работы, повышение производительности и общего КПД установки.30Указанная цель достигается тем, что установка, содержащая устройство для измельчения угля, устройство для газификации угля с получением кокса и газа, парогенератор с топ кой для сжигания кокса, паровую турбину и устройство для очистки полученного газа, дополнительно содержит устройство для очистки полученного газа от .соединений серы и га О 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 парообрузования, что повышает КПД установки 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 от 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, Электро- фильтр 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.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 б газификацииЗдесь осуществляется частичная газии фикация горючего. В этом месте водяной пар может вдуваться в уголь. - ную смесь, если необходимо увеличить расход газа, т.е, часть углерода должна быть дополнительно газифицирована. 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 и25, например паросиловой установкеи электростанции на угольном топливе. Смолоотделение между тем происходит в благоприятном диапазонетемператур. Через трубопровод 24отделенная смола и остаточный кокстакже подаются к камере 11 сгорания парогенератора. Очищенный и охлажденный газ через газовый компрессор 26 подается к устройству 27 дляочистки газа от сернистого водорода. Здесь сернистый водород выцеляется из газа и подается к установке 28 Клауса, установке 29 для гра нулирования серы,и, наконец, к бункеру 30 серы. В устройстве 31 происходит отделение верхних углеводородов так, что в распоряжение поступает газ, который через раСпредели тель 32 может быть выделен в качестве синтез-газа или в качестве метана, или для дальнейшего вэнвертирования при помощи водяного пара итепла из реактора высоких темпера тур. Так как при определенной мощности электростанций на угольномтопливе, например, 690 МВт и соответствующей мощности газотурбинногопроцесса, например, 110 МВт, в зависимости от используемого сортаугля, получается больше газа, тоэтот 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. Вдополнительной.газотурбинной уста.новке, которая состоит из воздушного компрессора 35 камеры 33 сгора ния газовой турбины и газовой турбины 34, часть газа сжигается.Таккак, в зависимости от допустимойвходной температуры газовой турбины, это сгорание должно происходить 45 с высоким избытком воздуха, выходной газ из газовой турбины поступает с температурой 400 С и избыткомостаточного воздуха в камеру 11сгорания парогенератора по трубопроводу 37. Летучая зола, отделяемаяв электрофильтре 19 парогенераторачерез трубопровод 37, вновь подается к парогенератору и в этой камерерасплавляется и затем - как это принято в настоящее время - осаждаетсяв гранулированной Форме, Через бункер 38 гранулят угольной золы сгранулированной серой может поступать на горное предприятие,Для обессеривания нет необходи-.мости переводить все горючее в газообразную Форму, так как содержащаяся в угле сера при обезгаживаниипереходит преимущественно в полученный газ и обессеривать нужно лишь65 этот газ. Газификация угля могла быпроисходить 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. 15Нет 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, 40Возникающий 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 высощюх температур.Процессы получения газа и обессе 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 обессериванияи работать первое время на обедненном серой угле,Газотурбинный и паросиловой процессы долины быть также отделеныодин от другого, Для случая выключенного состояния газовой турбины,как и для случая нежелательной отдачиполученного газа в качествепромышленного газа или для общественных целей, этот газ может подаваться парогенератору для сжиганияи тем самым получения тока. Преимущество обессеривания угля сохраняетсилу.Соединенная с водородом сера может быть превращена в элементарнуюсеру, например, в расплавленной,гранулированной или штучной формеи совместно с гранулированным угольным шлаком из парогенератора можетбыть возвращена на горное предприятие.Предлагаемая установка позволяеттакже разъединять тепло из реакторов высоких температур для процессов обогащения и переработки, Предложенное соединение реакторов высоких температур с электростанциямина угольном топливе обеспечивает решение проблемы получения газа припомощи ядерной энергии, при одновременном решении проблемы удаленияэолы, обессеривания и полученияэлектрической энергии с высокойэкономической эффективностью.Предлагаемая установка отделенатакже и от реактора высоких температур с воэможностью эксплуатации,т,е, могут быть разработаны несколько электростанций на угольном топливе, объединенные в один блок, собогащением и переработкой горючегов горючее с объединенным содержанием серы, причем потребность в тепле,покрываемая дымом парогенератора,для обогацения и переработки горючего покрывается затем одним илинесколькими реакторами высокой температуры.Обогащение горючего, а такжепереработка исходного носителя энергии (угля:в газообразный продукт)делает возможным экономичную транспортировку этого носителя энергиив области безполезных ископаемыхдля переработки там в электрическуюэнергию или для другого использования.В предлагаемой установке вследствие переработки угля в различныегазообразные и твердые продукты влюбое время может происходить согласование соответствующего потребления тока и газа.Ископаемое топливо служит в качестве накопителя энергии и может врезультате увеличения мощности в1058509 7 Редактор Ю.Ковач Техред И, Костик Корректор В. Бутяга 1 Заказ 9624/60 Тираж 503 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ПЩ "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 г месте обогащения к переработки крат ковременно кокрывать максимальную потребность в газе без необходимости .накапливать его.Обычная в настоящее, время техно- логик,.согласно которой уголь в паротурбинных электростанциях превращается в электрическую энергию, ведет совместно с раходами угля к высоким расходам для полученияэлектрической 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 окружаЫ- щей среды в 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 полезньаа 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 установкадля улучшения процесса полученияэлектроэнергии из угля при одновременном обессеривании и связана судалением газа и в случае необходи.мости с газификацией горючего, топредоставляется возможность испольэовать не только проьышленный гаэ, 10,полученный таким образом, клк гаэдля общего пользования, но и другиепродукты газификации, например бензол. Необходимость изготовлениябольших количеств промиаленного га за или газа для общего обеспеченияобуславливает получение тепла изреакторов высоких температур для обообогащения и переработки горючегои улучшение эффективности всего способа благодаря более дешевому теплуиз реакторов высоких температур.Использование получаемого коксав качестве горючего в парогенератореуменьшает соотношение С/П полученного газа в количестве, сравнимом сиспользованием нефти.Дополнительно можно газифицировать часть полученной коксовой пыли с водяным паром путем частичногосжигания их или подачи тепла снару" 30 жи, например тепла иэ ядерной энергии