ПИРОЛИЗНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам для термического обезвреживания отходов путем пиролиза и может быть использована при переработке бытовых и промышленных отходов, выработке тепловой и электрической энергии.
Известны промышленные энергетические парогазовые установки комбинированного цикла на базе газотурбинных двигателей, применяемых в авиации, и утилизационных паровых турбин, работающие на природном газе. В этих установках используют тепло выхлопных газов газотурбинных двигателей, которые при температуре 350-450°С направляют в котел-утилизатор, где вырабатывают пар, который затем направляют в паровую турбину с электрогенератором.
Известны схемы плазменных мусороперерабатывающих установок и технологических комплексов, в которых горючий газ либо сжигают с последующим использованием высокотемпературных продуктов сгорания для получения пара в котлах-утилизаторах (бойлерах) и привода паротурбинных агрегатов, либо пирогаз после газоочистки используют как топливо для работы дизельных или газотурбинных электрогенераторов.
Приведем некоторые из них:
Известна установка, содержащая блок пиролиза сланцев с технологической топкой, котел-утилизатор, соединенный с технологической топкой, систему очистки и конденсации парогазовой смеси, накопительные емкости для полукоксового газа и фракций жидких топлив, паротурбинный энергоблок, газотурбинный энергоблок, подключенный к емкости с фракциями дополнительный газотурбинный энергоблок, подключенный к емкости полукоксового газа. Выводы сбросных газов газотурбинных блоков соединены с котлом паротурбинного энергоблока. Сланец подвергают пиролизу с получением парогазовой смеси и полукокса, полукокс сжигают с
утилизацией тепла дымовых газов и выработкой пара, парогазовую смесь подвергают очистке и конденсации с образованием полукоксового газа и фракций жидких топлив. Патент Российской Федерации №2152526, МПК: F01K 13/00, 2000.
Известна установка для сжигания мусора с утилизацией тепла отходящих газов в системах водоснабжения и энергоснабжения, включающая бункер для мусора, печь для сжигания мусора с золоудалителем, воздухоподающим устройством, устройством для подогрева воды отходящими газами, блок очистки отходящих газов и систему энергоснабжения, в которой устройство для подогрева воды отходящими газами в системах питьевого водоснабжения выполнено в виде котла-дистиллятора с узлом сбора минеральной соли и узлом подпитки котла морской или загрязненной пресной водой системы питьевого водоснабжения, которая включает связанный с котлом-дистиллятором теплообменник, соединенный посредством паропровода с конденсатором и кондиционером, и насос для подачи и раздачи воды, причем теплообменник соединен с рекуператором, связанным с котлом-дистиллятором, а блок очистки отходящих газов снабжен эмульгатором золосероочистки отходящих газов, дожигателем отходящих газов в кислородной среде, который выполнен в виде реактора, состоящего из калильной свечи и инфракрасного приемника-преобразователя теплового излучения в электрическую энергию для системы электроснабжения, а воздухоподающее устройство снабжено блоком концентрирования кислорода с помощью короткоцикловых цеолитов и устройством для отделения азота. Патент Российской Федерации №2061345, МПК: F23C 5/00, 2002.
Известна камера сгорания для сжигания отходящих газов, образующихся при пиролизе твердых бытовых отходов, содержащая камеру смешения и расположенные на ее входе соосные активное и пассивное сопла, подключенные соответственно к источникам сжатого воздуха и отходящих
газов, причем камера смешения выполнена в виде диффузора. Патент Российской Федерации №2249154. МПК: F23G 7/06, 2005.
2
Известен способ сжигания твердых бытовых отходов, включающий сжигание отходов при подаче предварительно нагретого воздуха, дожигание газообразных продуктов сжигания, последующую обработку для связывания НСl, Cl, HF, пропускание через теплообменник - котел, газоочистку.
2
Сжигание осуществляют при температурах 1320-1350°С, дожигание осуществляют в камере каталитического дожигания при температурах 1300-1500°С, обработку для связывания НСl, Cl, HF ведут в камере декарбонизации известняковой муки с получением негашеной извести, перед подачей в котел обработанные продукты сжигания пропускают через воздухоподогреватель, а после котла - через систему мокрой газоочистки, причем тепловую энергию котла подают потребителям. Патент Российской Федерации №2249766. МПК: F23G 5/00, 2005.
Известен газогенератор, содержащий камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, при этом газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения, камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения. Патент Российской Федерации №2303050, МПК: F23B 99/00, 2007.
Известна установка для плазменной переработки отходов, включающая печь пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, выходы которой соединены с входами гранулятора шлака, приемника металла, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменник, энергетический блок. Линия водоподготовки содержит приемный коллектор
солоноватой или морской воды, выполненный, по крайней мере, с двумя рукавами, в каждом из которых установлен, по крайней мере, один теплообменник. Выход системы очистки пирогаза соединен со входом энергетического блока. Один рукав приемного коллектора расположен внутри теплообменника, соединенного с плазмотроном и источником электропитания, внутри гранулятора шлака и приемника жидкого металла, установленных друг за другом вдоль этого рукава. Выход этого рукава соединен со входом раздаточного коллектора. Второй рукав расположен внутри последовательно установленных теплообменников, которые автономно соединены либо с печью пиролиза, либо с системой очистки пирогаза, либо с энергетическим блоком. Выход второго рукава соединен со вторым входом раздаточного коллектора, выходы которого введены на входы дистилляционной опреснительной и обратноосмотической опреснительной установок. Один из выходов дистилляционной опреснительной установки соединен со входом системы охлаждения источника электропитания плазмотрона и со входом энергетического блока, а выход по пару энергетического блока соединен с соответствующими входами печи пиролиза и дистилляционной опреснительной установки. Технический результат: повышение эффективности переработки отходов, снижение расходов электроэнергии на получение пресной воды. Патент Российской Федерации №2143086. МПК: F23G 5/00, 1999 г.
Приведенные выше аналоги представляют собой сложные, высокогабаритные сооружения.
Известна пиролизная энергетическая установка, содержащая блок плазменной переработки твердых бытовых отходов, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения, газоочистки и газового выброса с газотурбинной и паротурбинной установками с электрическим генератором. Блок газификации состоит из спаренных газификаторов и ресивера-циклона, обеспечивающего выравнивание давления газа в системе и предварительную очистку его от пыли. Плазмотроны обеспечивают работу, как в
окислительном, так и в восстановительном режимах. Блок преобразования энергии включает систему охлаждения и очистки газа, газотурбинную и паротурбинную установки с электрическим генератором. Патент Российской Федерации №2294354, МПК: C10J 3/14, 2007. Прототип.
Прототип, как и аналоги, представляет собой сложную установку.
Задачей полезной модели является разработка пиролизной энергетической установки переработки твердых бытовых отходов совмещенной с малогабаритными промышленными энергоблоками парогазовых установок комбинированного цикла (например, газотурбинных установок, выпускаемых ОАО «Авиадвигатель»).
Техническим результатом полезной модели является компактность, быстрая окупаемость, снижение возможной кредитной нагрузки на инвестированный капитал за счет возврата кредитных средств, поскольку промышленные энергоблоки позволяют их быстрый ввод в эксплуатацию независимо от сопрягаемой мусороперерабатывающей части технологического комплекса.
Технический результат достигается тем, что пиролизная энергетическая установка, содержащая блок плазменной переработки твердых бытовых отходов, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения, газоочистки и газового выброса с газотурбинной и паротурбинной установками с электрическим генератором, содержит двухконтурный котел-утилизатор и выполнена на основе, по крайней мере, на одной спаренной линии, содержащей общий узел первичной сортировки твердых бытовых отходов, по крайней мере, один плазменный реактор, соединенный с реактором-дожигателем, и узел водоподготовки, выходы реакторов-дожигателей соединены со вторым контуром котла-утилизатора, энергоблок электроснабжения и теплоснабжения выполнен, по крайней мере, на спаренной линии, содержащей газопроводы, газотурбинные установки с газотурбинным электрогенераторами, первый котел-утилизатор, второй котел-утилизатор, паротурбинную установку с паротурбинным
электрогенератором, выходы газотурбинных установок соединены с входами первых котлов-утилизаторов, выходы которых соединены со входами эжекторов-дымососов, выходы вторых котлов утилизаторов последовательно соединены с газоочисткой и входами эжекторов-дымососов, а выходы эжекторов-дымососов соединены с входом узла выброса газов.
На чертеже представлена блок-схема пиролизной энергетической установки, где: I - блок плазменной переработки, II - комплексный энергоблок электроснабжения и теплоснабжения, III - блок газоочистки и газового выброса.
Блок плазменной переработки I содержит: 1 - узел первичной сортировки твердых бытовых отходов (ТБО), 2 - плазменный реактор, 3 - реактор-дожигатель, 4 - узел водоподготовки.
Энергоблок электроснабжения и теплоснабжения II содержит: 5 - газопровод, 6 - газотурбинная установка (ГТУ), 7 - газотурбинный электрогенератор, 8 - первый котел-утилизатор (бойлер), 9 - второй котел-утилизатор (бойлер), 10 - паротурбинная установка (ПТУ), 11 - паротурбинный электрогенератор.
Блок газоочистки и газового выброса III содержит: 12 - газоочистка, 13 - эжектор-дымосос, 14 - узел выброса газов, 15 - система управления.
Работа пиролизной энергетической установки заключается в следующем.
Газотурбинный электрогенератор 7 работает на природном газе, подаваемом по газопроводу 5. Выхлопные газы от газотурбинной установки 6, имеющие среднюю температуру, подают на первый котел-утилизатор (бойлер) 8 и используют для получения пара на первой ступени двухконтурного производства пара. Затем пар перегревают во втором котле-утилизаторе 9 за счет энергии высокотемпературных продуктов сгорания получаемых в реакторах-дожигателях 3 от переработки отходов пирогаза. Получаемый в котле-утилизаторе 9 пар высоких параметров, подают на
паровую турбину ПТУ 10, обеспечивая выработку дополнительной электроэнергии паротурбинным электрогенератором 11.
В этой схеме для обеспечения работы ГТУ мощностью 25 МВт (или блока из двух ГТУ по 25 МВт каждая) используют природный газ от газопровода 5. Две газотурбинные установки 6 суммарной мощностью до 50 МВт позволяют при сооружении комплекса обеспечить быстрое начало поставок электроэнергии, поскольку поставляемые промышленные энергоблоки позволяют их быстрый ввод в эксплуатацию независимо от сопрягаемой мусороперерабатывающей части технологического комплекса. Горючий (пиролизный) газ, генерируемый в результате переработки отходов в плазменных реакторах 2, сжигают в реакторах-дожигателях 3, а получаемые в результате этого продукты сгорания с температурой около 1100-1200°С, подают в котлы-утилизаторы (бойлеры) 8 и 9, в которых вырабатывают пар высоких параметров. Котел-утилизатор 8, 9 имеет двухконтурную конструкцию. В первом контуре котла-утилизатора 8, куда подают отработавшие горячие газы из ГТУ 6 (при температуре на выходе около 500°С), получают пар, который затем подают во второй контур котла-утилизатора 9, где осуществляют перегрев пара. Сухой пар подают на паровую турбину ПТУ 10 для выработки электроэнергии паротурбинным электрогенератором 11.
Сбросной поток отработавшего газа из первого контура, а также отработавший пар из паровой турбины утилизируют для теплоснабжения.
В нашем случае использован промышленный энергоблок (ГТУ-25 ПЭР ОАО «Авиадвигатель») в составе двух газовых и одной паровой турбины с промежуточным перегревом пара. Он обеспечивает выработку 65-67 МВт электроэнергии (в т.ч. 20 МВт - с паротурбинного электрогенератора) с суммарным к.п.д. (на клеммах) около 51-52%.
Котлы-утилизаторы 8 и 9 за счет энергии продуктов сгорания пирогаза обеспечивают получение дополнительного количества пара (сверх получаемого за счет отработавших газов от газовых турбин ГТУ 6), поэтому
в составе энергоблока использована паровая турбина (на 25-26 МВт), либо вторая паровая турбина в дополнение к штатной турбине промышленной ПТУ 10.
Схема из четырех плазменных реакторов 2 суммарной производительностью 8-10 тонн отходов в час с паротурбинным энергоблоком на 5-6 МВт в комбинации с промышленной парогазовой установкой из двух ГТУ 6 и одной ПТУ 10 обеспечивает утилизацию около 50 тыс. тонн твердых бытовых отходов в год. И вырабатывает более чем 450 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки потребителям. Кроме того, за счет отходящих газов ГТУ на выходе из первых контуров котлов-утилизаторов 8 возможно получение более 100 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре теплоносителя около 90-95°С в дополнение к 1400-1500 тыс. Гкал/год с отработавшим паром ПТУ 10 при температуре 170-180°С.