ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам для термического обезвреживания отходов путем пиролиза и может быть использовано 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 и 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.
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. Патент Российской Федерации №2152526, МПК: F01К 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, 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, теплообменник, соединенный посредством паропровода с конденсатором и кондиционером, и насос для подачи и раздачи воды, 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. Устройство сложно для использования и реализации.
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, содержащая 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. Теплообменники автономно соединены либо с печью пиролиза, либо с системой очистки пирогаза, либо с энергетическим блоком. 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 данной полезной модели является использование технологического оборудования плазмотермической переработки твердых бытовых отходов с промышленными энергоблоками парогазовых установок комбинированного цикла (например, газотурбинных установок, выпускаемых ОАО «Авиадвигатель») для обеспечения экономически рентабельной переработки твердых бытовых отходов с использованием их энергетического потенциала для получения электроэнергии, а также теплоснабжения внешних потребителей.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и технологии получения теплового потока, компактность.
Технический результат достигается тем, что пиролизная энергоустановка, 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 с 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.
Структура полезной модели схематично представлена на чертеже, 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 - воздуховод, 6 - компрессор, 7 - теплообменник, 8 - газотурбинная установка (ГТУ), 9 - газотурбинный электрогенератор, 10 - первый котел-утилизатор (бойлер), 11 - второй котел-утилизатор (бойлер), 12 - паротурбинная установка (ПТУ), 13 - паротурбинный электрогенератор.
Блок газоочистки и газового выброса III содержит: 14 - газоочистка, 15 - эжектор-дымосос, 16 - узел выброса газов, 17 - система управления.
Энергоустановка работает следующим образом. 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) 10 и 11, в которых вырабатывают пар высоких параметров. Котел-утилизатор 10, 11 имеет двухконтурную конструкцию. В первом контуре котла-утилизатора 10, куда подают отработавшие горячие газы из ГТУ 8 (при температуре на выходе около 500°С), получают пар, который затем подают во второй контур котла-утилизатора 11, где осуществляют перегрев пара. Сухой пар подают на паровую турбину ПТУ 12 для выработки электроэнергии паротурбинным электрогенератором 13.
Для работы газовой турбины используют компремированный воздух с нагревом его до рабочей температуры ГТУ за счет энергии продуктов сжигания пиролизного газа, получаемого от переработки отходов.
Пиролизный газ, генерируемый в четырех плазменных реакторах, подается в реакторы-дожигатели 3, где подвергается сжиганию с одновременной деструкцией диоксинов за счет высокой температуры (1200°С) и обеспечения достаточной длительности (порядка 2 сек) пребывания продуктов сгорания при такой температуре. Далее продукты сгорания попадают в теплообменник 7, в котором обеспечивается нагревание сжатого предварительно компрессором до давления 12-15 атм. воздуха. В теплообменнике 7 температуру воздуха перед турбиной поднимают не выше 790°С (что определяется прочностными характеристиками турбины). Получаемый таким образом компремированный горячий воздух подают затем на газовую турбину, обеспечивая ее работу.
Продукты сгорания пирогаза из реакторов-дожигателей 3 подают в теплообменник 7, в котором за счет тепла продуктов сгорания пирогаза происходит нагрев предварительно компремированного до 12-15 атм. воздуха до температуры 790-800°С от компрессора 6. Нагретый в теплообменнике 7 сжатый воздух подается на газотурбинную установку 8
промышленного типа, сочлененную с электрогенератором 9. Сжатый воздух из первого котла-утилизатора 8, отработавший после теплопередачи энергии на получение пара, подают на эжектор-дымосос 13 для обеспечения протяжки через узел выброса газов 16.
При суммарной производительности плазменных реакторов 8-10 тонн отходов в час получаемой тепловой мощности достаточно, чтобы обеспечить работу двух газовых турбин мощностью по 4 Мвт каждая (например, газовых турбин типа ГТУ-4П разработки ОАО «Авиадвигатель»).
Температура воздуха на выходе из газовой турбины составит не менее 400°С, так что он может затем быть использован для приготовления пара в бойлере 11. В этот же бойлер 11 (вторую его секцию) подают продукты сжигания пирогаза, выходящие из воздушного теплообменника 7. Суммарная тепловая мощность получаемого при этом пара позволяет обеспечить работу паровой турбины мощностью 3 МВт. Суммарный к.п.д. такой паровоздушной установки достигает 35% (на клеммах).
Таким образом, имея четыре плазменных реактора суммарной производительностью 8-10 тонн отходов в час с паротурбинным энергоблоком на 3-4 МВт в комбинации с промышленной газотурбинной установкой из двух ГТУ мощностью по 4 МВт энергоперерабатывающий комплекс способен обеспечить утилизацию около 50 тыс. тонн твердых бытовых отходов в год с выработкой 80-85 тыс. МВт-ч электроэнергии для поставки внешним потребителям. Кроме того, за счет отходящих газов и отработавшего горячего воздуха ГТУ можно получить более 150 тыс. Гкал/год тепловой энергии при температуре теплоносителя не менее 120-130°С.