ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ

Полезная модель относится к области подземной газификации угля и может быть использована для снижения давления и температуры продуктов газификации органического топлива.
Известна установка утилизации энергии сжатого природного газа (патент №2073169 МПК F 17 D1 /01), состоящая из последовательно установленных по ходу газа парового подогревателя, газовой турбины (детандера), подогревателя газа за турбиной. В этой установке снижение давления газа до требуемого потребителям значения производится с помощью газовой турбины при низкой температуре газа высокого давления, что требует установки подогревателей газа с использованием внешнего источника тепловой энергии (пара), что является недостатком этой установки.
Известна установка для получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании (патент 2100588 МПК E 21 В 43/295), в которой подземная газификация ведется по традиционной технологии. Установка получения электроэнергии состоит из включенных последовательно по газу теплообменника (где вырабатывается пар для паровой турбины) и газовой турбины, а также паровой турбины, вращающих один электрогенератор. В установке используется для выработки электроэнергии не только физическая теплота газа, но и теплота его сгорания. Уходящие газы не могут направляться потребителям как топливо, что является недостатком данной установки.
Известна установка подземной газификации угля (ПТУ) с электростанцией, содержащая газовую турбину (детандер), связанную с потребителями ее мощности (компрессором, электрогенератором), теплообменник (котел-утилизатор) и паротурбинную установку (журнал «Теплоэнергетика» №4, 1991, с.17-20). Эта установка работает на комбинированном цикле газовой и паровой турбин, в которой продукты подземной газификации угля предварительно, на выходе из скважины, охлаждаются водой с получением насыщенного пара, а затем, после очистки, газ направляют в камеру сгорания, где полученный газ ПТУ сжигается как газообразное топливо. На вход газовой турбины поступают продукты сгорания, при расширении которых вырабатывается механическая энергия вращения, идущая на привод электрогенератора. После газовой турбины по ходу газов установлен экономайзер для утилизации теплоты уходящих газов. Полученные продукты ПТУ полностью используются в данной установке. Газообразное топливо подземной газификации угля не направляется
внешним потребителям, а экономичность преобразования энергии газообразного топлива подземной газификации угля низка, не превышает 39%.Это является недостатками этой установки.
Это решение принято нами за прототип.
Задачей полезной модели является повышение экономичности утилизации физической теплоты высокотемпературных газообразных продуктов подземной газификации угля для получения электрической и тепловой энергии без сжигания его в данной установке.
Задача осуществляется тем, что энергетическая установка содержит газовую турбину (детандер), связанную с потребителями ее мощности (компрессором, электрогенератором) и установленную непосредственно на выходе газов из газификатора, а теплообменник (котел-утилизатор) и паротурбинная установка расположены после газовой турбины по ходу газов.
Наша установка, принципиальная схема которой показана на фиг.1, состоит из подземного газификатора органического топлива 1, соединенного газопроводом 2 с газовой турбиной (детандером) 3, на выходе из которого по ходу газов установлены котел-утилизатор 4, сетевой подогреватель 5, система газоочистки 6 и газопровод низкого давления подачи газа к потребителям 7. Котел-утилизатор 4 состоит из испарительной части 8, соединенной трубопроводом питательной воды 9 с паротурбинной установкой 10, и пароперегревательной части 11, соединенной с одной стороны с выходом испарительной части 8, а с другой - с паропроводом 12 подачи пара в паротурбинную установку 10. Вал турбины 3 соединен с электрогенератором 13 и воздушным компрессором 14, выход которого соединен с паропроводом насыщенного пара 15 и трубопроводом 16 подачи паровоздушной смеси в подземный газификатор 1. Сетевой подогреватель 5 имеет патрубки 17 для подвода и отвода сетевой воды.
Установка работает следующим образом.
При выработке газа из органических топлив путем газификации всегда получают высокотемпературные газообразные продукты, которые перед подачей потребителям необходимо охлаждать и снижать давление. Газообразные продукты подземной газификации угля, получаемые в газификаторе 1, имеющие высокую температуру ≈800°С и давление 3,0-5,0 МПа, направляются по газопроводу 2 непосредственно в газовую турбину (детандер) 3, где происходит расширение газов до давления 0,3-0,5 МПа с выработкой механической энергии, передаваемой компрессору 14 и электрогенератору 13, соединенными с валом турбины 3. При снижении давления газов в детандере до 0,3-0,5 МПа температура газов уменьшается до 384-455°С. Дальнейшее снижение температуры газов происходит в котле-утилизаторе 4, в который подается питательная вода из паротурбинной установки 10 по трубопроводу питательной воды 9, где вырабатывается
насыщенный пар в испарительной части 8 котла-утилизатора 4, одна часть которого направляется в газификатор 1 по трубопроводу 15, а другая - проходит через пароперегреватель 11 и с температурой 350-400°С (перегретый пар) подается по паропроводу 12 в паротурбинную установку 10. На выходе из котла-утилизатора 4 установлен сетевой подогреватель 5, где газы охлаждаются до температуры 30-40°С, приемлемой для транспортировки по газопроводам, и нагревается сетевая вода 17 для внешнего использования. Охлажденный газ, пройдя через систему газоочистки 6, направляется потребителям по трубопроводу 7, как энергетическое топливо. Компрессор 14, приводимый в движение газовой турбиной 3, служит для сжатия воздуха (или кислорода) как окислителя, подаваемого в газификатор 1 по трубопроводу 16 вместе с поступающим от испарительной части 8 котла-утилизатора 4 по трубопроводу 15 насыщенным паром.
Технический результат:
1) производится снижение температуры и давления продуктов газификации до необходимого потребителям уровня и выработка электрической и тепловой (в виде горячей воды) энергии;
2) для выработки электрической и тепловой энергии используется только физическая теплота продуктов газификации без сжигания генераторного газа, направляемого потребителям как топливо;
3) экономичность преобразования тепловой энергии в электрическую повышается до 45%.