УСТРОЙСТВО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕРООЧИСТКИ ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА ДЛЯ МОЩНЫХ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Область использования
Полезная модель относится к теплоэнергетике и предназначена для высокотемпературной сероочистки генераторного газа, вырабатываемого в процессе внутрицикловой газификации угля и используемого в качестве топлива в камерах сгорания газовых турбин мощных парогазовых установок.
Уровень техники
2
2
Известна принятая в качестве прототипа заявляемой полезной модели система очистки генераторного газа от серосодержащих компонентов, содержащая, по ходу генераторного газа, пневмотранспортный реактор сорбции соединений серы и циклон для отделения от очищенного генераторного газа отработавшего сорбента [1]. Процесс в указанном реакторе протекает при скоростях газа заметно больших скорости свободного витания частиц сорбента. В реакторе за счет поглощения сорбентом происходит очистка генераторного газа от серосодержащих компонентов (сероводород, HS, сероокись углерода COS и, в меньшей мере, ряда других соединений серы), при этом за счет поглощения сорбентом газ очищается, а сорбент оксидного происхождения в результате протекающей химической реакции превращается в сульфиды. Отработанный сорбент отделяется от генераторного газа в циклоне и поступает в систему окислительной регенерации (воздухом), где сера выжигается до SO с ее последующим улавливанием, а обожженный сорбент возвращается на очистку. Генераторный газ после очистки в циклоне в горячем виде (при температуре 500°C) направляют в камеру сгорания газотурбинной установки.
Указанная система [1] имеет следующие недостатки:
- в системе очистки используется относительно дорогой синтетический сорбент на основе оксидов цинка, что увеличивает эксплуатационные затраты на обслуживание установки;
3
- очистка генераторного газа от сорбентной пыли в циклоне практически не может обеспечить снижение концентрации твердых частиц перед газовой турбиной до требуемого уровня (1…5) мг/м (при нормальных условиях (НУ), что требуется для мощных современных газовых турбин.
3
Допустимая запыленность генераторного газа перед турбиной не является общепринятой величиной. Она определяется требованиями изготовителей турбинного оборудования и задается изготовителями в диапазоне от 1 до 5 мг/м (при НУ) [2-3]. Следует отметить при этом, что по мере усовершенствования ГТУ проявляются тенденции к ужесточению требований к чистоте генераторного газа.
Уменьшение эксплуатационных затрат обеспечивается применением в схеме высокотемпературной сероочистки генераторного газа высокоактивного природного железомарганцевого сорбента, применение которого защищено авторами заявляемой полезной модели патентом [4].
Раскрытие полезной модели
Достигаемым техническим результатом полезной модели является повышение степени очистки газа от сорбентной пыли после проведения высокотемпературной сероочистки газа в циклоне. Указанный результат обеспечивается тем, что система высокотемпературной очистки генераторного газа от серосодержащих компонентов, содержащая, по ходу генераторного газа, пневмотранспортный реактор сорбции соединений серы и циклон для отделения от очищенного генераторного газа отработавшего сорбента, согласно полезной модели дополнительно содержит включенный по ходу очищенного газа за циклоном металлотканевый фильтр с многослойными улавливающими фильтрующими элементами.
Краткое описание чертежа
На чертеже представлена принципиальная схема системы очистки генераторного газа согласно полезной модели.
Описание полезной модели
Система содержит по ходу генераторного газа пневмотранспортный реактор 1 сорбции соединений серы, циклон 2 для первоначального отделения от генераторного газа отработавшего сорбента, металлотканевый фильтр 3 Purolator Facet для доочистки газа от сорбента, а также пневмотранспортный реактор-окислитель 4 для восстановления (регенерации) отработавшего сорбента и циклон 5 для отделения регенерированного сорбента от окислительного реагента. При этом фильтр 3 составлен из бескаркасных цилиндрических многослойных фильтрующих элементов 6.
Работа системы очистки
3
По данным проведенных экспериментов вынос сорбента из аппарата сероочистки может привести к запыленности генераторного газа до (4…5) г/м (при НУ), при этом размер частиц сорбентной пыли будет больше размера частиц золы, от которых проводится очистка газа перед его сероочисткой. Как показывает накопленный опыт, очистка газа на металлотканевых фильтрующих элементах осуществляется преимущественно в слое отложений, а грубый унос оптимально способствует ускоренному формированию таких отложений с уменьшением в результате этого процесса проскока через фильтр мельчайших частиц.
3
3
Улавливание сероводорода и сероорганических соединений из генераторного газа осуществляется в системе пневмотранспортных реакторов. Загрязненный генераторный газ с температурой 500°C смешивают с обожженным в пневмотранспортном реакторе 4 сорбентом (природной марганцевой рудой), газ в восходящем потоке взаимодействует с сорбентом в пневмотранспортном реакторе 1 с поглощением соединений серы до остаточной концентрации 20 мг/м (при НУ). Очищенный от соединений серы генераторный газ отделяют от сорбента в циклоне 2 и далее в новом элементе технологической схемы - металлотканевом фильтре 3 типа Purolator Facet с многослойными фильтрующими элементами 6. Очищенный генераторный газ направляют в камеру сжигания газовой турбины (не показаны). На указанном фильтре обеспечивается тонкая доочистка генераторного газа от сорбентной пыли до концентрации (1…5) мг/м (при НУ).
Поступающий из пневмотранспортного реактора 1 отработавший сорбент частично направляют на утилизацию, например, в металлургическую промышленность. Основную же его часть смешивают с окислительным реагентом (воздухом) для регенерации в пневмотранспортном реакторе 4 до исходного оксида, а от полученного при обжиге 802-содержащего газа отделяют в циклоне 5 восстановленный сорбент, который возвращают в реактор 1 в смеси с добавкой свежего сорбента. Учитывая, что обжиг сорбента, содержащего сульфиды, является экзотермической реакцией, пневмотранспортный реактор 4 снабжен водяной охлаждающей рубашкой (не показана).
Фильтрующие элементы 6 типа Purolator Facet изготавливаются из многослойной металлической ткани и представляют собой достаточно жесткие самонесущие обечайки, для которых не требуется внутренний каркас. Бескаркасная конструкция по информации компании-изготовителя уменьшает сопротивление и удешевляет фильтрующий элемент, а многослойность ткани значительно повышает степень улавливания пыли. При этом они пригодны для применения восстановительной импульсной очистки фильтрующих элементов от накопленной пыли. Температура длительного использования таких фильтрующих элементов - до 550°C [5].
Источники информации
1. Stambler I. Progress in IGCC and Advanced Cycles Outlined at EPRI Meeting // Gas. Turbine World. - 1996. - Jan.-Feb. - p.16-23.
2. Spliethoff H., STATUS OF BIOMASS GASIFICATION FOR POWER // IFRF Combustion Journal. - Article Number 200109, November 2001.
3. Zevenhoven R., Kilpinen P. Control of Pollutants in flue gases and fuel gases // Book on-line, ISBN 951-22-5527-8. - Helsinki University of Technology, course ENE-47.153. - January 17, 2005.
4. Пат. 2381832 Российской Федерации, МПК B01J 20/06. Твердый сорбент сероводорода на основе оксидных соединений марганца / Епихин А.Н., Сучков С.И., Сомов А.А. и др., заявитель и патентообладатель ОАО Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт (RU). - 2009101408/15, заявл. 20.01.2009, опубл. 20.02.2010, Бюл №5.
5. High Temperature Gas Filtration // www.purolator-facet.com/gasfilter.htm.