ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ГАЗИФИКАЦИЕЙ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в угольных парогазовых энергоблоках с поточными газификаторами, работающих по комбинированному парогазовому циклу, для выработки электрической энергии, тепловой энергии и водорода.
Известна теплоэнергетическая установка для получения электроэнергии из углеводородсодержащего топлива способом, включающим газификацию топлива в реакторе в присутствии водяного пара путем косвенного нагрева, очистку полученного синтез-газа от твердых частиц и серы, сжигание первой части очищенного синтез-газа, подачу продуктов сгорания в газовую турбину для выработки электроэнергии, в которой с целью упрощения процесса сжигают вторую часть очищенного синтез-газа и подают полученные продукты сгорания в качестве теплообменной среды в реактор для косвенного нагрева топлива, а после прохождения через реактор направляют в газовую турбину [SU, патент, 1584757, кл. С10J 3/00].
Однако указанная установка имеет недостаток:
- установка позволяет отпускать только электроэнергию, не позволяет отпускать тепловую энергию и химические продукты, такие как водород. Такое комбинирование повысило бы эффективность работы теплоэнергетической установки.
Кроме того, известна теплоэнергетическая парогазовая установка с газификацией, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения, включающая две паровые турбины с конденсаторами и электрогенераторами и одну газовую турбину с электрогенератором, плазмотермический газификатор с узлом подачи топлива, парогенераторы, котел-утилизатор, камеру сгорания, газовый аккумулятор, систему очистки газа, воздушный и газовый компрессоры и каталитический реактор для получения сжиженных углеводородов. [SU, авторское свидетельство, 1744101, кл. С10J 3/20].
Данная установка частично устраняет недостатки первой установки: Эффективность данной установки повышена за счет выдачи более дорогих продуктов - ацетилена и серы.
Однако и эта установка имеет недостатки:
Энергозатраты на плазмотермический газификатор низкосортного твердого топлива высоки и не могут быть скомпенсированы только за счет повышения стоимости получаемого продукта. Для работы теплоэнергетической установки необходим дополнительный источник кислорода, и, следовательно, дополнительные затраты на его производство. Кроме того, данная установка не позволяет использовать в качестве сырья уголь. Учитывая большие запасы угля, низкую стоимость, а также возможность складирования угля и бесперебойной его подачи к газификатору, применение угля повысило бы технико-экономические показатели теплоэнергетической парогазовой установки с газификацией.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание теплоэнергетической парогазовой установки с газификацией с пониженным расходом электроэнергии на собственные нужды, повышенными технико-экономическими показателями и имеющей более широкие функциональные возможности.
Поставленная задача достигается тем, что теплоэнергетическая парогазовая установка с газификацией, включающая газовую турбину, паровую турбину с конденсатором, систему очистки синтез-газа, снабжена энергетическим котлом, системой выделения и отпуска водорода, теплофикационной установкой, трубчатым аллотермическим газификатором угля, включающим пароперегреватель и экономайзер, при этом последовательно установленные энергетический котел, паровая турбина, конденсатор и экономайзер образуют паровой контур парогазовой установки, в который параллельно конденсатору включена теплофикационная установка. Трубчатый аллотермический газификатор угля гидравлически соединен через систему очистки синтез-газа с системой выделения и отпуска водорода, газовой турбиной и энергетическим котлом, а пароперегреватель гидравлически подсоединен к отбору паровой турбины.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой установки.
Предложенная установка содержит трубчатый аллотермический газификатор угля 1 с пароперегревателем 2 и экономайзером 3, систему очистки синтез-газа 4, газовую турбину 5, паровой контур, систему выделения и отпуска водорода, теплофикационную установку 6. Паровой контур парогазовой установки состоит из последовательно установленных: энергетического котла 7 и паровой турбины 8 с конденсатором 9 и экономайзера 3, в который параллельно конденсатору включена теплофикационная установка 6. Трубчатый аллотермический газификатор угля гидравлически соединен через систему очистки синтез-газа 4 с системой выделения и отпуска водорода, газовой турбиной 5 и энергетическим котлом 7, а пароперегреватель 2 гидравлически подсоединен к отбору паровой турбины.
Система выделения и отпуска водорода включает в себя соединенные гидравлически: компрессор синтез-газа 10, мембранный модуль выделения водорода 11 (на основе палладиевых мембран), расширительную турбину монооксида углерода 12, ресивер водорода 13.
Установка работает следующим образом. Уголь подается в трубчатый аллотермический газификатор угля 1, где в процессе газификации производится синтез-газ, состоящий главным образом из водорода и монооксида углерода (СО). После предварительной очистки и охлаждения в системе очистки синтез-газа 4 синтез-газ разделяется на четыре потока. Часть синтез-газа, совместно с отделенным в мембранном модуле выделения водорода 11 оксидом углерода, подается в камеру сгорания газовой турбины 5 для генерации электроэнергии. Вторая часть синтез-газа направляется для сжигания и подвода тепла в реакторную зону газификатора 1. Третья часть синтез-газа направляется на мембранный модуль выделения водорода 11, в котором на основе применения палладиевых мембранных модулей производится водород с высокой степенью чистоты (99,9999%). Отделенный в мембранных модулях выделения водорода монооксид углерода направляется на сжигание в камере газовой турбины 5.
В энергетическом паровом котле 7 четвертая часть синтез-газа сжигается в среде уходящих от газовой турбины 5 газов, генерируется пар высокого давления, который далее расширяется в паровой турбине 8. Кроме генерации электроэнергии в генераторе, от паровой турбины также осуществляется отпуск тепловой энергии в теплофикационной установке 6.
Мощность газовой турбины 5 определяется объемом уходящих газов, необходимым для сжигания угля в энергетическом паровом котле 7 (в среде уходящих от газовой турбины газов).
В тепловой схеме предложенной парогазовой установки производится утилизация тепла, выделившегося при газификации, тепла уходящих газов, синтез-газа, окиси углерода. На собственные нужды технологии газификации используется пар из отбора паровой турбины 8, синтез-газ для подвода тепла в реакторную зону газификатора 1. При этом вытесняется система регенерации паровой турбины 8.
Для работы предлагаемой теплоэнергетической парогазовой установки с газификацией не требуется кислород и соответственно затраты энергии на его производство. В газификаторе отсутствуют плазмотроны, что также делает процесс газификации менее энергозатратным и снижает затраты электроэнергии на собственные нужды теплоэнергетической установки.
Предлагаемая установка работает на угле - дешевом, распространенном топливе и позволяет утилизировать в схеме вторичные энергопотоки, что повышает ее технико-экономическую эффективность. Кроме того, предлагаемая теплоэнергетическая парогазовая установка с газификацией имеет более широкие функциональные возможности - позволяет производить электроэнергию, тепловую энергию, водород.
Таким образом, предлагаемая теплоэнергетическая парогазовая установка с газификацией по сравнению с прототипом имеет пониженный расход электроэнергии на собственные нужды, повышенные технико-экономические показатели и имеет более широкие функциональные возможности.