СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ
METHOD FOR THERMAL PROCESSING AND UTILIZATION OF CARBON-CONTAINING SUBSTANCES

Изобретение относится к области термической переработки и утилизации веществ, содержащих углеводородные компоненты, и может найти применение в установках термического уничтожения твердых отходов, в печах и газогенераторах, в устройствах, использующих сжигание и утилизацию энергии низкокалорийного газа, доменного газа, синтез-газа, парогазовой смеси и пылевидного топлива.
Способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ осуществляется путем сжигания низко потенциального газообразного топлива, с последующей утилизацией энергии продуктов сгорания в турбине и теплообменном аппарате, при давлении газа и воздуха ниже атмосферного во всех элементах проточной части.
Известен способ обработки отходов (патент РФ №2561793 С2, кл. F02C 3/28, опубликовано 27.06.2015), содержащий газификацию отходов, получение сжатого воздуха в компрессоре, сжигание получаемого газа в камере сгорания, утилизацию энергии продуктов сгорания в турбине и утилизацию теплоты продуктов сгорания за турбиной в теплообменном аппарате.
Известен способ сжигания и утилизации энергии низко потенциальных газов, выбранный в качестве прототипа (каталог энергетического оборудования, «Газопоршневые энергетические установки», 2009 г., рис 22-25, стр. 386), включающий газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.
Недостатками известных способов являются низкая экологическая безопасность и низкая эффективность реализации способа.
Низкая экологическая безопасность связана с возможными утечками вредных выбросов в атмосферу через стыковые соединения проточной части.
Низкая эффективность реализации способа связана с необходимостью иметь давление топлива и воздуха на входе в камеру сгорания и соответственно давление продуктов сгорания на входе в турбину значительно выше атмосферного, что достигается наличием компрессора для сжатия воздуха и нагнетателя топлива на входе в камеру сгорания. Кроме того, сжатие горячего топлива, получаемого в процессе газификации, требует дополнительного его охлаждения и очистки. Необходимость проведения этих стадий подготовки топливовоздушной смеси на входе в камеру сгорания значительно снижает эффективность реализации способов. Использование предлагаемого способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, при котором все стадии процесса проходят при давлении ниже атмосферного, позволяет исключить необходимость проведения вышеописанных стадий подготовки и повысить эффективность реализации способа.
Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является разработка способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, позволяющего повысить экологическую безопасность и эффективность реализации способа, за счет осуществления способа при низком атмосферном давлении в проточной части устройства.
Технический результат в заявленном способе достигается тем, что способ термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ, включающий газификацию топлива посредством устройства для газификации, с последующим сжиганием полученной парогазовой смеси в камере сгорания с получением продуктов сгорания, поступающих в турбину для преобразования энергии продуктов сгорания в механическую энергию и дальнейшим преобразованием в электрическую энергию, при этом оставшаяся часть тепловой энергии из турбины поступает в теплообменный аппарат для нагрева воздуха, поступающего в камеру сгорания.
Новым в способе является то, что способ осуществляют при давлении в газовом тракте ниже атмосферного и удалении продуктов сгорания в атмосферу посредством компрессора, устанавливаемого после теплообменного аппарата, при этом часть воздуха из теплообменного аппарата поступает в устройство для газификации в качестве газифицирующего агента.
На прилагаемом чертеже изображена технологическая схема способа термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ.
Устройство для термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ содержит устройство для газификации 1, камеру сгорания 2, турбину 3, теплообменный аппарат 4, компрессор 5.
Способ осуществления термической переработки и утилизации углеродосодержащих веществ.
Электродвигатель осуществляет рабочий процесс компрессора 5, при котором давление рабочего тела во всех элементах проточной части устройства поддерживают ниже атмосферного, повышая по мере удаления от входа в компрессор 5.
Рабочее тело, например парогазовую смесь, синтез-газ или другой вид газа, или пылевидное топливо подают из устройства для газификации 1 в камеру сгорания 2.
В качестве окислителя в камеру сгорания 2 подают атмосферный воздух, предварительно нагретый в секции теплообменного аппарата 4.
Давление на выходе из камеры сгорания 2 поддерживают ниже давления газа и воздуха, которые подают на сжигание.
В камере сгорания 2 осуществляют процесс сжигания сформированной топливовоздушной смеси с получением на выходе высокотемпературного скоростного потока газообразных продуктов сгорания.
x
x
y
Использование в качестве камеры сгорания 2 камеры сгорания вихревого противоточного типа позволяет интенсифицировать рабочие процессы смесеобразования, горения и разбавления, снизить синтез NO, концентрацию СО и CH. При необходимости, в камеру сгорания подают химические реагенты, связывающие вредные компоненты в продуктах сгорания.
Сформированные продукты сгорания в камере сгорания 2 разделяют на газообразные и твердые компоненты, движущиеся в противоположном направлении, с осаждением твердых компонентов в нижней части камеры сгорания 2 и выходом газообразных компонентов из верхней части камеры сгорания 2 и входом в турбину 3.
T
Давление продуктов сгорания за турбиной 3 с помощью компрессора 5 формируют значительно ниже, чем на входе, то есть обеспечивают перепад давления на турбине равным π*=3-5.
Турбина 3 преобразует энергию продуктов сгорания в механическую энергию, а затем в электрическую в электрогенераторе.
Из турбины 3 продукты сгорания подают в теплообменный аппарат 4, где осуществляют утилизацию теплоты путем ее передачи от продуктов сгорания к воздуху, подаваемому из атмосферы.
Из секции теплообменного аппарата 4 одну часть нагретого воздуха подают в камеру сгорания 2 на интенсификацию процессов смесеобразования и горения, а другую часть нагретого воздуха подают в устройство для газификации 1 для интенсификации процессов газификации твердых веществ. Пример реализации способа.
Результаты расчета основных параметров в точках проточной части устройства, реализующего предлагаемый способ, представлены в таблице.
Влажность отходов 25%
Таким образом, представленные результаты в таблице подтверждают работоспособность предлагаемого способа, позволяющего повысить экологическую безопасность и эффективность процесса сжигания.